Transcript Организация полигона по созданию инновационной

Полигон по созданию инновационной компьютерной
модели нефтегазовых систем юга Тюменской области
на основе разработки отечественной технологии
бассейнового моделирования и применения
суперкомпьютерных технологий
Проект УрФО на выполнение НИР в рамках
инвестиционного проекта Комиссии при Президенте
Российской Федерации по модернизации и технологическому
развитию экономики России
Докладчик: Могиленских Дмитрий Владимирович начальник отдела
программирования, к.ф.-м.н. (РФЯЦ-ВНИИТФ)
ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ им. акад. Е.И.Забабахина, г. Снежинск
ФГУП ЗапСибНИИГГ, г. Тюмень
ОАО «ТНК-ВР» , г. Тюмень
Тюмень, 2011
Исполнители работ
1. ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский
научно-исследовательский институт технической физики им. акад.
Е.И.Забабахина» (РФЯЦ-ВНИИТФ).
2. ФГУП «Западно-Сибирский научно-исследовательский институт
геологии и геофизики» (ЗапСибНИИГГ).
3. ОАО «ТНК-ВР».
Заказчики
1. Управление Федерального агентства по недропользованию
Тюменской области (Тюменьнедра).
2. Правительство Тюменской области.
3. ОАО «ТНК-ВР».
Сроки выполнения работ
Начало – январь 2012 года.
Окончание – декабрь 2014 года.
Актуальность выполнения проекта
Проблемы геологоразведки и разработки связаны с
особенностями геологического строения территории юга области
низкая проницаемость
высокая расчлененность
прерывистость строения
продуктивного разреза
наличие разрывных
дизъюнктивных нарушений
с разной интенсивностью
затухания разломов
малые размеры залежей
преобладание залежей
неструктурного типа
Сложности с
формированием
регулярных
систем
разработки
Высокие риски
разбуривания
краевых зон
Актуальность выполнения проекта
Для органов государственной власти (распорядителей недр):
1. Создание регионального полигона разработки и внедрения
инновационных технологий в нефтегазовой отрасли.
2. Создание инновационной технологии поиска и освоения
трудноизвлекаемых запасов среднеюрских залежей нефти.
3. Повышение доверия к территориям, где нет крупных коммерческих
открытий (Левобережье Иртыша), с целью привлечения инвестиций
недропользователей.
4. Повышение темпа изучения недр УрФО на юге Тюменской
области.(Перспективы применения БМ есть в самых южных
районах Западной Сибири, вплоть до границ с Казахстаном).
5. Тиражирование технологии БМ в районы с высоким риском
инвестиций.
Актуальность выполнения проекта
Для ОАО «ТНК - ВР»
1. Создание регионального полигона разработки и внедрения
отраслевых инновационных технологий.
2. Создание геолого-геофизической модели нового поколения,
позволяющей применять эффективные технологии извлечения
нефти из сложнопостроенных среднеюрских залежей.
3. Получение собственного инструмента оценки риска поисковоразведочных работ на новых территориях и проектирования
эффективной разработки действующих месторождений
(Разработка и внедрение БМ позволит дополнить, а во многих
случаях заменить натурные работы на численный эксперимент,
что значительно сократит себестоимость исследования недр).
4. Создание на базе полигона центра подготовки профессиональных
кадров для подразделений ОАО «ТНК-ВР».
Цели проекта
Основной целью проекта является создание полигона по разработке
и внедрению инновационных технологий в нефтегазовой отрасли.
Фундаментальной целью проекта является создание отечественного
ПО
для
изучения
условий
формирования
нефтегазовых
месторождений, используя имитационное (численное) моделирование,
и отработка ПО для практической и всесторонней оценки ресурсного
потенциала юга Тюменской области на основе накопленных данных и
применения расчётов на высокопроизводительных ЭВМ.
Практическими целями являются значительное повышение точности
определения местоположения бассейнов углеводородов (УВ),
точности оценки потенциальных запасов и точности динамического
прогноза на основе учёта миграции УВ.
Научной целью проекта является создание, апробация и верификация
новой комплексной технологии БМ на основе отечественных
методических и аналитических разработок, а также реализация данной
технологии в виде базового пакета программ.
Комплексное бассейновое моделирование (БМ) –
это интеграция научных дисциплин геологии,
геофизики и геохимии, которыми определяется
нефтегазоносность определенной территории.
Геология
Геофизика
Бассейновое моделирование
интегрированная технология!
Геохимия
2899000 m
Важным свойством такого подхода к моделированию является
изменение масштабов – от анализа региональной системы, зонального
уровня, локального уровня и до прогноза параметров бурения.
От анализа региональной системы…
… до прогноза параметров бурения
Методологических подход
Теория БМ включает в себя анализ широкого спектра процессов
формирования месторождений, начиная от накопления осадочных
толщ, перемещения их и содержащегося в них органического
вещества в зоны градиентов температур и давлений, и заканчивая
формированием миграционных потоков к ловушкам,
образованием и сохранностью залежей УВ.
Для комплексного БМ требуется построение компьютерной
(численной) модели каждого из вышеперечисленных процессов,
что позволит:
обеспечить объективную оценку адекватности
существующих геологических моделей;
достичь понимания основных факторов, определяющих
развитие нефтегазоносных комплексов;
сделать количественную оценку объёмов образовавшихся,
мигрирующих и аккумулированных углеводородных флюидов.
Методологических подход
Методологический состав технологии БМ:
 Структурное моделирование.
 Стратиграфическое моделирование.
 Интегрированное 1D-2D-3D динамическое моделирование
нефтегазоносности.
 Оценка неопределенности и риска.
 Анализ нефтяных систем в сложных геолого-тектонических
условиях
Опорные математические принципы БМ:
 Структурообразование, эрозии, седиментогенез:
геометрическая реконструкция и решение уравнений с
частными производными.
 Уплотнение и литогенез осадков: закон Терзаги и закон
Дарси.
 Геотермальная эволюция: уравнение теплового обмена.
 Генерация УВ флюидов: кинетические уравнения Аррениуса
для реакций крекинга 1-го порядка.
 Миграция и аккумуляция УВ: многофазовый закон Дарси.
Методологических подход
Методика комплексного БМ состоит из следующих этапов:
 Анализ исходных данных.
 Построение 3D модели геологического блока (геометрия,
фации, нефтематеринские свиты).
 Калибровка современной температуры, палеотемпературы,
катагенетической зрелости и давления с использованием 1D
калибровки для выбранных скважин (до 10 скважин).
 Моделирование истории созревания органического
вещества и реализации нефтегазоматеринского
потенциала.
 Анализ основных путей миграции с использованием
комплексного анализа тектонических процессов.
 Моделирование 3D миграции нефти и газа.
 Анализ риска образования, сохранности залежей и
ранжирование объектов по степени перспективности.
Определен состав данных для выполнения работ
1.
2.
3.
4.
5.
Геологические (10 видов).
Структурные (2 вида).
Термальные (3 вида).
Геохимические (5 видов).
Данные по давлению (2 вида).
Направления работ
Основными направлениями работ по созданию новой
отечественной технологии БМ являются:
1. Разработка и реализация математических моделей геологидродинамических, геофизических и геохимических
процессов с учётом использования современных
многопроцессорных суперЭВМ.
2. Создание программно-аппаратного комплекса сбора,
хранения, обработки данных и для эффективного
проведения численного моделирования на суперЭВМ.
3. Поэтапная разработка отечественного пакета программ
имитационного моделирования для реализации технологии
комплексного БМ.
4. Проектирование и создание супер-ЭВМ более 10 Тфлопс в
ЗапСибНИИГГ для проведения расчётов БМ в
многопроцессорном режиме на основе гибридных
суперкомпьютерных технологиях.
Направления работ
Основными направлениями работ по созданию новой
отечественной технологии БМ являются:
5. Создание опытного полигона для программно-методической
отработки компонент технологии БМ и верификации
результатов моделирования.
6. Разработка нового подхода к построению технологии БМ на
основе накопленных данных и на основе инновационных
методов численного моделирования сейсмических, физикохимических и иных процессов.
7. Верификация и валидация разрабатываемого программного
обеспечения.
8. Опытное внедрение инновационной комплексной технологии
БМ на основе интеграции геологической, геофизической и
геохимической моделей нефтегазоносных систем на
опытном полигоне юга Тюменской области.
Задачи
В соответствии с перечисленными направлениями работ
проект нацелен на решение следующих практических
задач:
 Описание поведения нефтегазоносной системы.
 Верификация геологического сценария эволюции
объёмов УВ.
 Сопоставление расчётных и реальных
(экспериментальных) данных.
 Оценка перспектив, снижение риска и себестоимости
геологоразведочных работ (ГРР).
 Прогноз качества УВ флюида, коллектора и
флюидупора.
 Прогноз проницаемости глин, уплотнений и пр.
 Определение и ранжирование перспективных объектов
для разработки.
Результаты проекта
Новое методическое и программно-техническое обеспечение,
применение которого во многих случаях даст принципиально новые
возможности выполнения таких промышленных проектов:
 Определение зон нефтегазонакопления и перспектив
нефтегазоносности.
 Определение критериев нефтегазоносности основных комплексов.
 Оценка прогнозных ресурсов.
 Выбор первоочередных объектов для дальнейших исследований,
выявления объектов поискового бурения.
 Определение объёма природного резервуара, характеристик
коллекторов, объёмов миграции, типов УВ.
 Оценка риска биодеградации и риска присутствия не УВ газов.
 Анализ преобразований коллекторов.
Важным ожидаемым практическим результатами является значительное
повышение точности:
•
локализации местоположения бассейнов углеводородов (УВ);
•
оценки потенциальных запасов;
•
динамического прогноза на основе учёта миграции УВ.
Функциональные характеристики ПО
Разрабатываемая новая комплексная технология БМ
нефтегазоносных бассейнов должна уточнить
нефтегазоперспективность нераспределенного фонда недр, в
частности, на примере полигона на территории юга Тюменской
области.
Разрабатываемый программно-технический комплекс должен
обеспечивать возможность проведения математического
моделирования на вычислительных системах различной
архитектуры и производительности, в том числе на супер-ЭВМ с
массовым параллелизмом с высокой степенью эффективности
распараллеливания.
Разрабатываемый пакет программ должен обеспечивать
достаточную точность результатов (при сравнении с расчетами
по существующим коммерческим пакетам “TemisFlow”,
“PetroMod”, “MPath for Basins”).
Возможности ПО
Программный комплекс, созданный в рамках проекта,
обеспечит решение на суперЭВМ с массовым
параллелизмом следующих задач:
 Подготовка и расчёт начальных данных и параметров.
 Математическое моделирование:
 перемещений флюидов;
 динамики тектонических процессов;
 динамики осадконакопления;
 геологических литотипов;
 геологических ресурсов.
 Интерпретация и обработка результатов моделирования.
 Сбор и организация хранения накопленных данных и
результатов расчётов.
Структура работы, перечень этапов
НИР состоит из 9 основных этапов, которые частично могут
выполняться параллельно во времени:
Этап 1. Создание и разработка опытного полигона на юге
Тюменской области.
Начало работ:
январь 2012 г.
Окончание работ:
декабрь 2014 г.
Ответственный исполнитель: ОАО «ТНК-ВР»
Соисполнитель:
ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Этап 2. Разработка инженерных и математических методик и
моделей (геология, геофизика, геохимия), как составляющих
компонент комплексной технологии БМ.
Начало работ:
январь 2012 г.
Окончание работ:
декабрь 2013 г.
Ответственный исполнитель: ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Соисполнитель:
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ»
Структура работы, перечень этапов
НИР состоит из 9 основных этапов, которые частично могут
выполняться параллельно во времени:
Этап 3. Совершенствование и адаптация методик моделирования
и обработки характеристик среды (недр) с учётом применения
суперЭВМ.
Начало работ:
январь 2012 г.
Окончание работ:
декабрь 2012 г.
Ответственный исполнитель: ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Соисполнитель:
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ»
Этап 4. Совершенствование технологии и разработка
программного обеспечения анализа и обработки сейсмических
сигналов.
Начало работ:
январь 2012 г.
Окончание работ:
декабрь 2012 г.
Ответственный исполнитель: ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Соисполнитель:
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ»
Структура работы, перечень этапов
НИР состоит из 9 основных этапов, которые частично могут
выполняться параллельно во времени:
Этап 5. Разработка пакета счётных программ (решателей) для
методик и моделей комплексной технологии БМ на основе
применения суперЭВМ.
Начало работ:
декабрь 2013 г.
Окончание работ:
сентябрь 2014 г.
Ответственный исполнитель:
ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Соисполнитель:
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ»
Этап 6. Проектирование и создание супер-ЭВМ более 10 Тфлопс в
ЗапСибНИИГГ для проведения расчётов БМ в многопроцессорном
режиме на основе гибридных суперкомпьютерных технологиях.
Начало работ:
январь 2012 г.
Окончание работ:
июнь 2013 г.
Ответственный исполнитель: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ»
Соисполнитель:
ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Структура работы, перечень этапов
НИР состоит из 9 основных этапов, которые частично могут
выполняться параллельно во времени:
Этап 7. Проектирование и создание систем хранения и БД в
ЗапСибНИИГГ для обеспечения систематизации и надёжного
хранения данных и результатов моделирования, а также для
типизации информации по степени актуальности.
Начало работ:
январь 2012 г.
Окончание работ:
декабрь 2013 г.
Ответственный исполнитель: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ»
Соисполнитель:
ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Этап 8. Разработка интегрированного программного комплекса
для численного БМ, интерпретации, обработки и хранения данных
и результатов моделирования на основе применения суперЭВМ.
Начало работ:
июль 2013 г.
Окончание работ:
декабрь 2014 г.
Ответственный исполнитель: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ»
Соисполнитель:
ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Соисполнитель:
ОАО «ТНК-ВР»
Структура работы, перечень этапов
НИР состоит из 9 основных этапов, которые частично могут
выполняться параллельно во времени:
Этап 9. Калибровка методик технологии БМ, верификация и
валидация результатов моделирования и комплексная отладка
компонент программного комплекса технологии БМ на опытном
полигоне.
Начало работ:
январь 2014 г.
Окончание работ:
декабрь 2014 г.
Ответственный исполнитель: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ»
Соисполнитель:
ФГУП «ЗапСибНИИГГ»
Соисполнитель:
ОАО «ТНК-ВР»
Общий объем и структура финансирования
Для выполнения задач проекта на 2012-2014 годы требуется
финансирование в размере 1,2 млрд. руб., из них 600 млн.
руб. федеральное бюджетное финансирования и 600 млн.
руб. региональное софинансирование.
Финансирование по годам:
2012 год – 400 млн. руб. (200 млн. федеральный бюджет, 200 млн.
региональное софинансирование подразделениями ОАО «ТНКВР» в виде ГРР на ЛУ в Тюменской области, отнесенных к
проекту «Полигон»).
2013 год – 400 млн. руб. (200 млн. федеральный бюджет, 200 млн.
региональное софинансирование подразделениями ОАО «ТНКВР» в виде ГРР на ЛУ в Тюменской области, отнесенных к
проекту «Полигон»).
2014 год – 400 млн. руб. (200 млн. федеральный бюджет, 200 млн.
региональное софинансирование подразделениями ОАО «ТНКВР» в виде ГРР на ЛУ в Тюменской области, отнесенных к
проекту «Полигон»).
Текущее состояние дел
Российских коммерческих программных продуктов нет.
Чтобы выполнить проект по бассейновому моделированию используется
целый ряд технологий, например, разработанных в институте нефти
Франции.
TEMIS
QUBS
DIONISOS
Стратиграфическое
моделирование
LOCACE
Структурное
моделирование
Интегрированное
1D-2D-3D динамическое
моделирование
нефтегазоносности
Оценка
неопределенно
сти
и риска
БАССЕЙНОВОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
CERES2D
2D анализ нефтяных систем
в сложных геолого-тектонических
условиях
Область применения БМ составляет не менее 85% от
Ресурсной базы юга Тюменской области (на 1.01.2010 г.)
накопл. добыча
нефти, 1%
Запасы
категории ВС1,
5%
Ресурсы
категории
С3+Д, 85%
Запасы
категории С2,
9%
Предполагаемые инвестиции в эксплуатационное
бурение и геологоразведку по южным районам
Тюменской области в 2011-2015 гг.
инвестиции,млрд.руб.
25,0
экспл. бурение
геологоразведочные работы
20,0
15,0
20.1
20.5
16,4
16,8
21.7
17.1
12.2
13,3
10,0
18,1
8,5
5,0
3,7
3,8
3,7
3,7
3,7
2011
2012
2013
2014
2015
Инвестиции в
эксплуатационное
бурение
ожидаются в объеме
73,1 млрд.руб.
Инвестиции в
геологоразведку
составят
18,5 млрд. руб.
0,0
годы
Часть этих объемов будет затрачено как
региональное софинансирование.
Текущее состояние дел
1. Есть российские методические научные разработки и
специалисты (ЗапСибНИИГГ и др.).
2. Есть накопленные данные и обработанная информация о
геологической модели (ЗапСибНИИГГ и др.).
3. Есть опыт создания супер-ЭВМ и больших систем
хранения (РФЯЦ-ВНИИТФ).
4. Есть опыт и команда по разработке сложных программных
продуктов для численного моделирования, обработки
данных, визуализации и систем хранения (РФЯЦВНИИТФ).
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Опыт в данной предметной области
В РФЯЦ-ВНИИТФ в 2007 году был выполнен проект МНТЦ №2128
по разработке программного продукта для анализа и обработки
сейсмических данных.
Функции системы
Фильтры: баттервордта, полярный, преобразование Гильберта,
поляризация, FT, FK-анализ…).
Функции системы
Спектрограмма