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Todos os efeitos físicos listados nos artigos anteriores ( um , dois , três ) são importantes para entender não apenas para saber como o mundo funciona. Muito provavelmente, eles terão que ser levados em consideração ao criar um modelo que possa prever corretamente o futuro. Por que poderíamos prever o futuro da produção de petróleo se o preço do petróleo e do coronavírus ainda não podem ser previstos? E então, por que e em toda parte: para tomar as decisões certas.
No caso do campo, não podemos observar diretamente o que está acontecendo no subsolo entre os poços. Quase tudo o que está disponível para nós está ligado a poços, ou seja, a pontos raros nas vastas extensões de pântanos (tudo o que podemos medir está contido em cerca de 0,5% da rocha, podemos apenas "adivinhar" as propriedades dos 99,5% restantes). Essas são medidas tomadas nos poços quando o poço estava sendo construído. Essas são as leituras dos instrumentos instalados nos poços (pressão no fundo do poço, proporção de óleo, água e gás no produto). E esses são os parâmetros medidos e definidos da operação do poço - quando ligar, quando desligar, a que velocidade bombear.
Um modelo correto é um modelo que prediz o futuro corretamente. Mas como o futuro ainda não chegou, e se você quiser entender se o modelo já é bom, faça o seguinte: coloque todas as informações reais disponíveis sobre o campo no modelo, inclua suas próprias suposições sobre as informações desconhecidas de acordo com as suposições (a frase “dois geólogos três opiniões ”apenas sobre essas conjecturas) e simulam os processos de filtragem, redistribuição de pressão que ocorreram no subsolo e assim por diante. O modelo mostra quais indicadores de desempenho de poço deveriam ter sido observados e são comparados com os indicadores realmente observados. Em outras palavras, estamos tentando construir um modelo que reproduza a história.
Na verdade, você pode trapacear e simplesmente exigir que o modelo produza os dados necessários. Mas, primeiro, isso não pode ser feito e, em segundo lugar, eles ainda perceberão (especialistas nas próprias agências governamentais onde o modelo precisa ser submetido).
Se o modelo não pode reproduzir a história, é necessário alterar sua entrada, mas o que? Os dados reais não podem ser alterados: este é o resultado da observação e medição da realidade - dados dos dispositivos. Os dispositivos, é claro, têm sua própria imprecisão e são usados por pessoas que também podem estragar tudo e mentir, mas a incerteza dos dados reais no modelo geralmente é pequena. É possível e necessário mudar o que tem maior incerteza: nossas suposições sobre o que está acontecendo entre os poços. Nesse sentido, construir um modelo é uma tentativa de reduzir a incerteza em nosso conhecimento da realidade (em matemática, esse processo é conhecido como resolver um problema inverso e problemas inversos em nossa área - como bicicletas em Pequim!)
Se o modelo reproduz a história corretamente, temos a esperança de que nosso conhecimento da realidade, incorporado no modelo, não difira muito dessa realidade. Então, e somente então, podemos lançar esse modelo para uma previsão, no futuro, e teremos mais motivos para acreditar nessa previsão.
E se você conseguisse criar não um, mas vários modelos diferentes, que reproduzem muito bem a história, mas ao mesmo tempo dão previsões diferentes? Não temos escolha a não ser viver com essa incerteza, tomar decisões com isso em mente. Além disso, tendo vários modelos que fornecem uma gama de previsões possíveis, podemos tentar quantificar os riscos de tomar essa ou aquela decisão, enquanto temos um modelo, estaremos injustificadamente confiantes de que tudo será como o modelo prevê.
Modelos na vida do campo
Para tomar decisões durante o desenvolvimento do campo, é necessário um modelo holístico de todo o campo. Além disso, agora sem esse modelo, é impossível desenvolver um campo: esse modelo é exigido pelos órgãos governamentais da Federação Russa.
Tudo começa com um modelo sísmico, criado a partir dos resultados de uma pesquisa sísmica. Esse modelo permite “ver” superfícies tridimensionais subterrâneas - camadas específicas das quais as ondas sísmicas são bem refletidas. Ele quase não fornece informações sobre as propriedades necessárias (porosidade, permeabilidade, saturação etc.), mas mostra como algumas camadas se dobram no espaço. Se você fez um sanduíche com várias camadas e, de alguma forma, dobrou-o (bem, ou alguém o sentou), então você tem todos os motivos para acreditar que todas as camadas se dobram da mesma forma. Portanto, podemos entender como o bolo em camadas foi curvado a partir de vários sedimentos que atacam o fundo do oceano, mesmo que vejamos apenas uma das camadas no modelo sísmico, que, por uma sorte, reflete bem as ondas sísmicas. Nesse ponto, os engenheiros de ciência de dados reviveram,porque a seleção automática de tais horizontes reflexivos em um cubo, que é o que os participantes de um de nossoshackathons é um problema clássico de reconhecimento de padrões.
Então, a perfuração exploratória começa e, à medida que os poços são perfurados, os instrumentos são baixados em um cabo para medir todos os tipos de indicadores diferentes ao longo do poço, ou seja, eles realizam GIS (levantamento geofísico de poços). O resultado desse estudo é o registro de poço, ou seja, uma curva de uma certa quantidade física medida com uma certa etapa ao longo de todo o furo de poço. Instrumentos diferentes medem quantidades diferentes, e engenheiros treinados interpretam essas curvas para obter informações significativas. Um instrumento mede a radioatividade gama natural de uma rocha. Argilas “fonit” são mais fortes, arenito “fonit” é mais fraco - qualquer intérprete sabe disso e as identifica em uma curva de registro: existem argilas, aqui está uma camada de arenito, e aqui está algo no meio. Outro dispositivo mede o potencial elétrico natural entre pontos vizinhos,decorrentes da penetração do fluido de perfuração na rocha. Um alto potencial indica a presença de uma ligação de filtração entre os pontos do reservatório, o engenheiro conhece e confirma a presença de rocha permeável. O terceiro dispositivo mede a resistência do fluido que satura a rocha: a água salgada passa a corrente, o óleo não passa a corrente - e permite separar as rochas saturadas de óleo das rochas saturadas de água e assim por diante.
Neste ponto, os engenheiros de ciência de dados reviveram novamente, porque os dados de entrada para esse problema são curvas numéricas simples, e substituir o intérprete por algum modelo de ML que pode tirar uma conclusão sobre as propriedades da rocha em vez de um engenheiro usar a forma de uma curva significa resolver o problema clássico de classificação. Foi só então que os engenheiros da ciência de dados começaram a torcer os olhos quando ficou claro que algumas dessas curvas acumuladas de poços antigos eram apenas na forma de longas sapatilhas de papel.
Além disso, durante a perfuração, um núcleo é retirado do poço - amostras de rochas mais ou menos intactas (se tiver sorte) e não perturbadas durante a perfuração. Essas amostras são enviadas ao laboratório, onde são determinadas sua porosidade, permeabilidade, saturação e todos os tipos de propriedades mecânicas diferentes. Se for conhecido (e se realizado corretamente, deve ser conhecido) a que profundidade uma amostra central específica foi levantada, quando os dados do laboratório vierem, será possível comparar quais valores nessa profundidade foram mostrados por todos os instrumentos geofísicos e quais valores de porosidade, permeabilidade e A rocha tinha saturação nessa profundidade, de acordo com as principais pesquisas de laboratório. Assim, é possível “fotografar” as leituras dos instrumentos geofísicos e, então, apenas com base em seus dados, sem um núcleo, tirar uma conclusão sobre as propriedades da rocha que precisamos para construir um modelo. O diabo inteiro está nos detalhes:os instrumentos medem não exatamente o que é determinado em laboratório, mas essa é uma história completamente diferente.
Assim, tendo perfurado vários poços e conduzido pesquisas, podemos afirmar com segurança quais rochas e com quais propriedades estão localizadas onde esses poços foram perfurados. O problema é que não sabemos o que está acontecendo entre os poços. E é aqui que o modelo sísmico vem em nosso socorro.
Nos poços, sabemos exatamente quais propriedades a rocha tem em que profundidade, mas não sabemos como as camadas de rocha observadas nos poços se propagam e se dobram entre elas. O modelo sísmico não nos permite determinar com precisão qual camada está localizada em que profundidade, mas mostra com segurança a natureza da propagação e dobra de todas as camadas de uma só vez, a natureza da cama. Em seguida, os engenheiros marcam certos pontos característicos dos poços, colocando marcadores a uma certa profundidade: neste poço, a essa profundidade - o topo da formação, a essa profundidade - o fundo. E a superfície da parte superior e inferior entre os poços, a grosso modo, é desenhada paralelamente à superfície que é vista no modelo sísmico. O resultado é um conjunto de superfícies tridimensionais que abrangem o espaço de interesse para nós e, é claro, estamos interessados em formações que contêm óleo. Esteo que aconteceu é chamado de modelo estrutural, porque descreve a estrutura da formação, mas não o seu conteúdo interno. O modelo estrutural não diz nada sobre porosidade e permeabilidade, saturação e pressão dentro do reservatório.
Depois vem o estágio de discretização, no qual a área do espaço ocupado pelo campo é dividida em um paralelepípedo de células tão curvo, de acordo com a cama (cujo caráter ainda é visível no modelo sísmico!). Cada célula desse paralelepípedo curvo é identificada exclusivamente por três números, I, J e K. Todas as camadas desse paralelepípedo curvo estão de acordo com a distribuição das camadas, e o número de camadas em K e o número de células em I e J é determinado pelos detalhes que podemos oferecer.
Quanta informação detalhada de rocha temos ao longo do poço, ou seja, verticalmente? Tão detalhado quanto a frequência com que o instrumento geofísico mede seu tamanho ao se mover ao longo do furo de poço, ou seja, a cada 20-40 cm, para que cada camada possa ter 40 cm ou 1 m.
Quão detalhadas temos informações lateralmente, ou seja, longe do poço? De maneira alguma: longe do poço, não temos informações, portanto não faz sentido dividir-se em células muito pequenas ao longo de I e J, e na maioria das vezes elas são 50 ou 100 m nas duas coordenadas. A seleção do tamanho dessas células é um dos importantes desafios de engenharia.
Depois que toda a área do espaço é dividida em células, é feita a simplificação esperada: dentro de cada célula, o valor de qualquer um dos parâmetros (porosidade, permeabilidade, pressão, saturação etc.) é considerado constante. É claro que, na realidade, não é esse o caso, mas como sabemos que a deposição de sedimentos no fundo do mar estava em camadas, as propriedades da rocha mudarão muito mais verticalmente do que horizontalmente.
Portanto, temos uma grade de células, cada célula tem seu próprio valor (desconhecido para nós) de cada um dos parâmetros importantes que descrevem a rocha e sua saturação. Até agora, essa grade está vazia, mas os poços passam em algumas células pelas quais passamos com o dispositivo e obtivemos os valores das curvas dos parâmetros geofísicos. Engenheiros de interpretação, usando estudos de laboratório de núcleo, correlações, experiência e tal e tal mãe, convertem os valores das curvas de parâmetros geofísicos em valores das características da rocha e do fluido de saturação de que precisamos e transferem esses valores do poço para as células da grade pelas quais esse poço passa. Acontece uma grade, que em alguns lugares nas células tem valores, mas na maioria das células ainda não há valores. Os valores em todas as outras células terão que ser imaginados usando interpolação e extrapolação. A experiência de um geólogo, seu conhecimento decomo as propriedades das rochas são geralmente propagadas permite selecionar os algoritmos de interpolação corretos e preencher seus parâmetros corretamente. Mas, de qualquer forma, devemos lembrar que tudo isso é especulação sobre o desconhecido que se encontra entre os poços, e não é em vão que eles dizem, mais uma vez lembrarei a verdade comum de que dois geólogos terão três opiniões diferentes sobre o mesmo depósito.
O resultado deste trabalho será um modelo geológico - um paralelepípedo curvo tridimensional, dividido em células, descrevendo a estrutura do campo e várias matrizes tridimensionais de propriedades nessas células: na maioria das vezes são matrizes de porosidade, permeabilidade, saturação e o atributo "arenito" - "argila".
Em seguida, especialistas em hidrodinâmica assumem o trabalho. Eles podem ampliar o modelo geológico combinando várias camadas na vertical e recontando as propriedades da rocha (isso é chamado de "escalada", e essa é uma tarefa difícil separada). Em seguida, adicionam as demais propriedades necessárias para que o simulador hidrodinâmico possa simular o que fluirá para onde: além de porosidade, permeabilidade, óleo, água, saturação de gás, pressão, conteúdo de gás e assim por diante. Eles adicionarão poços ao modelo e inserirão informações sobre quando e em que modo eles trabalharam. Você não esqueceu que estamos tentando reproduzir a história para ter esperança de uma previsão correta? A dinâmica dos fluidos receberá relatórios do laboratório e adicionará as propriedades físico-químicas do petróleo, água, gás e rocha ao modelo,todas as suas dependências (geralmente sob pressão) e tudo o que resultou, e este será um modelo hidrodinâmico, serão enviadas para um simulador hidrodinâmico. Ele honestamente calcula de qual célula para qual tudo fluirá em que ponto do tempo, fornece gráficos de indicadores tecnológicos para cada poço e os compara cuidadosamente com dados históricos reais. O engenheiro hidrodinâmico dará um suspiro, observando sua discrepância, e mudará todos os parâmetros incertos que ele está tentando adivinhar, para que na próxima vez em que inicie o simulador, ele chegue perto dos dados reais observados. Ou talvez da próxima vez que você começar. Ou talvez da próxima vez, e assim por diante.emitirá gráficos de indicadores tecnológicos para cada poço e os comparará meticulosamente com dados históricos reais. O engenheiro hidrodinâmico suspirará, observando sua discrepância, e mudará todos os parâmetros indefinidos que ele está tentando adivinhar, para que, na próxima vez em que o simulador seja lançado, ele chegue perto dos dados realmente observados. Ou talvez no próximo começo. Ou talvez o próximo e assim por diante.emitirá gráficos de indicadores tecnológicos para cada poço e os comparará meticulosamente com dados históricos reais. O engenheiro hidrodinâmico suspirará, observando sua discrepância, e mudará todos os parâmetros indefinidos que ele está tentando adivinhar para que, na próxima vez em que o simulador seja lançado, ele chegue perto dos dados realmente observados. Ou talvez no próximo começo. Ou talvez da próxima vez, e assim por diante.
O engenheiro que prepara o modelo da infraestrutura de superfície pegará as vazões que o campo produzirá de acordo com os resultados da modelagem e as colocará em seu modelo, que calculará em qual tubulação haverá qual pressão e se o sistema de tubulação existente será capaz de "digerir" a produção do campo: limpar a produção produzida óleo, prepare o volume necessário de água injetada e assim por diante.
E, finalmente, no nível mais alto, no nível do modelo econômico, o economista calculará o fluxo de custos para a construção e manutenção de poços, a eletricidade para a operação de bombas e oleodutos e o fluxo de receita proveniente da entrega de óleo produzido ao sistema de oleodutos, multiplicando pelo grau exigido do fator de desconto e obtendo o VPL total de um projeto de desenvolvimento de campo concluído.
A preparação de todos esses modelos, obviamente, requer o uso ativo de bancos de dados para armazenamento de informações, software de engenharia especializado que implementa o processamento de todas as informações de entrada e a modelagem em si, ou seja, prevendo o futuro do passado.
Para construir cada um dos modelos acima, é usado um produto de software separado, geralmente burguês, quase sempre praticamente contestado e, portanto, muito caro. Esses produtos vêm se desenvolvendo há décadas e não é fácil repetir seu caminho com a ajuda de uma pequena instituição. Mas os dinossauros eram comidos não por outros dinossauros, mas por furões pequenos, famintos e com propósito. O importante é que, como no Excel, apenas 10% da funcionalidade é necessária para o trabalho diário, e nossas duplas, como a de Strugatsky, serão "apenas aqueles que sabem disso ... - mas eles sabem como fazê-lo bem", apenas esses 10%. Em geral, estamos cheios de esperanças pelas quais já existem certas razões.
Este artigo descreve apenas um, o caminho principal do ciclo de vida do modelo de todo o campo, e já existe um local para os desenvolvedores de software percorrerem, e com os modelos de preços atuais, os concorrentes têm trabalho suficiente por um longo tempo. No próximo artigo, haverá um spin-off
Continua…