今天，我们将讨论建模不可缺少的两个特殊领域，我们将告诉您工程师如何知道如何理解泵，起重机和四轴飞行器的传感器的读数，并最终确定以什么单位测量重量。任何井都是基本建设的对象，例如建筑物或工厂，需要资本投资，计划，定期和大修，并且只有满足这些要求，它才能够退还其建设成本并从能源和金钱方面带来利润。 ...井的寿命与定期对其进行的技术修井作业直接相关。诸如降低，提升和更换管道或泵之类的操作仅需要制定清晰的计划并由维修团队维护安全措施。而且，有些特殊的作业需要深入的工程研究和附加的建模，如果没有这些动作，油井的寿命可能就快结束了。让我提醒您，一口井是对资金和能源的一笔大投资。
水力压裂（水力压裂）是当今最重要的井作业之一。水力压裂的实质如下。类似于果冻的特殊液体在高压下（高达一千个大气压！）被泵入井中（实际上，这是果冻-在其生产中使用了食品胶凝剂）。压力使地层破裂，将岩石层推开。在通常进行水力压裂的深度，将岩石移至侧面比向上移动更容易，因此裂缝几乎是平坦且垂直的，而裂缝的宽度只有几毫米或几厘米。然后，与液体一起，开始注入支撑剂（有时他们也用两个“ p”写支撑剂-等等，这是正确的）-类似于沙子的强陶瓷颗粒的混合物，直径从几毫米到几毫米。水力压裂的目的是将所需量的支撑剂注入地层（或更准确地说，注入储层-地层中石油所在的部分），以形成与井相连的可渗透区域。当然，液体将泄漏到地层中，支撑剂将保留在设法到达的位置。低渗透率油田（现在几乎所有新油田都是这样，早已发现并钻探了所有大型传统油田），用常规井进行钻探是没有用的：渗透率低，油几乎不渗入小井眼。当然，从理论上讲，可以钻一个非常厚的井，使其壁面积大，但显然，在实践中这样做是不现实的。但是，如果在井上进行水力压裂，那么井周围会形成大面积的大裂缝，井与井相连。油像以前一样缓慢渗出，但是现在油井正在从大面积缓慢收集油，总生产率良好，并且油井在经济上是合理的。为了进一步增加一口井收集油的面积，水平钻探这些井，并在水平井眼的不同位置进行几次水力压裂。
这里可能出什么问题，为什么需要建模？首先，裂缝可能会走错方向，支撑剂可能不会像我们希望的那样分布在裂缝上。该油田本来可以开发很长时间的，有些岩石层已经被“浇水”了，并被水浸透了，而且可能从一开始就在矿床中浸透了下层。如果突然有裂缝从井中渗透到水饱和或气饱和的储层，并充满了支撑剂，那么该井将产生一部分水或天然气，而不是一部分油。
其次，支撑剂可能会卡在裂缝的入口处，因为混合后的液体粘度太低，或者地层的渗透率比计划的要高，液体会迅速泄漏，留下固体支撑剂，当然拒绝在没有液体的情况下移动。然后，整个井将被填充支撑剂，并且将需要额外的冲洗费用来清洁它。
最后，第三，支撑剂可以“泵出”井眼之外并失去与井眼的接触。然后，尽管将创建一个可渗透区域，但它不会以任何方式连接到该井，因此根本没有意义。
在高压下泵送流体和支撑剂时，如何模拟井中的情况？这是通过称为“水力压裂模拟器”的专用软件完成的，该软件使用了裂缝发展的数值物理和数学模型。像开发用于物理过程数值模拟的任何其他软件一样，此类软件的开发也需要物理学家，数学家，高性能并行计算程序员和能够创建便捷界面的程序员的共同参与，因为最终水力压裂模拟器将被西伯利亚沼泽中的工程师所使用，无情地被蚊子叮咬！
您可以从字面上看一下可以计算水力压裂的程序，直到最近，所有这些程序仅在世界上一个国家/地区生产，并且很容易在俄罗斯禁止销售。是的，我们为开发并继续开发我国第一台工业水力压裂模拟器RN-GRID而感到自豪。在开发之前，不仅我们，而且整个国内行业都被迫仅使用美国软件，因为实际上没有其他软件，并且自2014年以来购买该软件一直存在问题（正如他们所说的那样，虽然没有幸福，但不幸的是， ）。现在，RN-GRID不仅完全替代了Rosneft内部的所有类似软件，而且还成功地出售给了第三方公司。
要计算裂纹，需要一个物理和数学模型。但是，模型中应包括哪些物理现象，哪些可以被“遗忘”？地面泵在压力下泵送液体，其中混合了支撑剂。这种混合物在压力作用下进入管道，其自身重量下降到一定深度，这是在与管道壁发生摩擦的过程中，由于其自身的粘性和湍流而制动，在穿孔上损失了一些能量，并且像磨料一样打磨了这些穿孔，进入了裂缝沿其移动，揭示出它越来越宽，穿透成较弱的层，卡在狭窄的地方并在重力作用下掉下，然后从各个方向通过裂缝壁过滤，将支撑剂留在裂缝中。
混合物的运动和裂缝的打开（然后停止注入并闭合之后）都是一个单一的任务，其中包括裂缝打开过程中岩石的弹性变形力学，混合物通过管道和裂缝内部运动的流体动力学以及许多特殊问题，例如计算管道中的摩擦力，在特殊化学作用下凝胶状凝胶的崩解，支撑剂颗粒彼此之间的减速，岩石被酸溶解（如果不是简单的，而是酸裂），岩石加热流体和岩石冷却流体以及许多其他作用。自己看看那里有多少！
因此，要描述所有这些过程，您需要对大学中有关物理的教科书和有关化学的教科书中的大部分进行分类：连续力学和流体力学，化学反应的热力学和动力学。描述还不够，还需要进行编程，然后您必须与数值方法的教科书重叠，并思考如何离散化问题，而不是获得在有意义的时间内无法解决的方程组。然后按照英特尔的AVX2处理器说明进行操作，使您的非线性方程求解器成为世界上最好的。
结果是世界上最快，最复杂的控制台exe-shnik。为了向其提供所有必要的数据作为输入，并在输出处漂亮地显示计算结果，然后以所需的形式将它们卸载到报告中，您还需要一个方便的应用程序，例如预处理程序。提醒一下，现场工程师是个坚强的家伙，他们晚上坐下来解释图表并重新计算水力压裂设计。他们始终准备在老式笔记本电脑显示器1024 x 768屏外显示对话中令人眼前一亮的字体或按钮时表达自己的想法，程序员在您舒适的办公室里懒洋洋地躺在一对4K显示器后面，却忘了预见到这些。而且由于工作日夜进行，他们也非常喜欢黑暗主题：
应该记住的是，所描述的一切都发生在几公里的深度，而工程师在进行水力压裂时所看到的只是地面上几台仪器的读数，有时是一副落入井中的仪器的读数。因此，对于工程师来说，重要的是要在模型的帮助下预先计划将要发生的事情，然后在操作期间根据仪器的读数，及时查看一切是否按计划进行，以对紧急情况做出及时响应，并在操作之后建立水力压裂如何进行的回顾模型。因此获得的信息可用于相邻的井或相邻的领域。我们将在下面详细讨论仪器的读数，因为所有技术操作都需要此模块。
连续油管模拟器
在外科手术中，从远古时代开始，它们就习惯于通过静脉进行手术，并且医疗内窥镜也已经成功地长期用于研究和操纵各种人体内部器官。石油行业对此操作有自己的类似物-它是直径较小的连续油管（CT），该油管进入了常规油管，可让您执行原本很难执行的各种工作。
如何使用连续油管？有两个主要选项。它可能只是开放式挠性管。它被降低到普通管道中，之前已通过该管道进行注入或生产，并且将液体和气体泵入其中。但是，与此同时，他们希望他们不要进入水库，而要沿着管道往回走。查看该图，您将理解这个想法：将管道2推入管道1中，通过管道2供应液体和气体，在管道1和管道2之间注入的液体和气体又回到地面。为什么需要这个？例如，如果主管1由于先前的不成功操作而被支撑剂堵塞了一半，则可以用这种方法“冲洗”：支撑剂将以液体和气体的反向流动被带回到地面-这称为钻孔冲洗。例如，如果井与地层的连接被堵塞并且无法顺利通过油井，则可以将更多的氮气与液体一起注入，那么液体的地层压力本身将清洁井底区域。通过控制管道2的入口处和管道1的出口处的压力，我们可以确保循环流体不会进入地层，因为我们需要冲洗油井，或者相反，如果我们泵入酸来稀释岩石或多余的油，则可能会漏出井周围的污染。如果我们正在泵送酸以稀释井周围的岩石或不必要的污染物。如果我们正在泵送酸以稀释井周围的岩石或不必要的污染物。
第二种方法甚至更简单-在管道2的底部放置某种
我们研究所现在正在开发我们的软件，用于对通过柔性管道RN-VECTOR执行的各种操作进行计算。您能猜出在俄罗斯联邦广大地区广泛使用的类似物是在哪里制造的，现在必须使用哪些工程师？
这里需要建模什么？首先，软管上的载荷。它将下降到另一个管道中，将与那里的墙壁摩擦，首先，需要付出额外的努力将其推入，然后相反地将其固定。但是，即使将2-3公里的管道放下井中，所有这2-3公里的情况也将完全不同：上部将在自重的作用下悬挂并伸展，而下部进入水平井眼的管道将撒下并试图卡住...因此，重要的是进行计算，以使其在任何地方都不会“卡住”或“破裂”。根据挠性管的重量及其对主管壁的摩擦力，螺旋形的管子“走动”和钢的机械性能来计算各种载荷是任何此类产品的第一部分。
其次，水力学。在柔性管的入口处，一个压力首先消失，当流体沿着缠绕在绕线管上的管子移动时，该压力消失，然后在向下移动到柔性管中时消失，这种压力在下面变成某种压力。如果底部的压力突然大于储液罐中的压力，则液体将流进储液罐中而丢失，而不是在上图中的管道1和2之间向上流动。 CT工作者会说：“亲爱的旅长Ivan Ivanovich，毫无疑问，我们看到流通不畅，您怎么看？”相反，如果结果减少了，那么油会从地层中渗出，我们正在修井，而不是进行生产。因此，此技术操作的模拟器必须能够正确计算所有压降。顺便提及，挠性管中的压力反过来影响其加载状态。
第三，去除颗粒。在上面的图片中，想象一下井底的搅动的沙子：它会随着流体的流向上上升，还是流量不足而又回落呢？而且，如果将液体与氮气一起泵送，则氮气气泡会更快地将水向上推动，特别是在从下到上的方向上膨胀，但与此同时，沙子本身也无法带走。可以在不“掉包”的情况下将多少“搅拌过的”沙子运送到楼上？我们需要进行计算，并使用不同的流态。
第四，有必要考虑管道疲劳。将挠性管从鼓上拉直，再在鹅颈上弯曲，然后在井的入口再次拉直-然后一切都以相反的顺序进行。分别降低或升高管道，其部分弯曲程度更大，而弯曲程度则更低。钢管的钢是为一定的累积疲劳而设计的，因此有必要计算从工作到工作的每米管道的下一个疲劳附加值，并将此轮廓存储在数据库中。经过一些工作后，此配置文件的外观如下：
是的，当然，没有人取消瑕疵检测仪，它会发现并显示管道中可能存在的违规情况，但是从技术上讲，每次工作后检查管道是否可行或非常昂贵。
图表，图表，图表！
在连续油管作业期间和在水力压裂作业期间使用的所有铁块，都悬挂在传感器上，位置多一些，少一些。当然，在操作过程中，所有数据都会写入文件或数据库中，但与此同时，工程师需要为所有指示器设置一个方便的外观，以使他们不会目不转睛，并且所有指示器都清晰可见（注意重量单位-您称多少牛顿？）。
但是，在操作结束后，将导入数据文件，并显示所有图形并进行周到的分析，无论是使用连续油管还是水力压裂工艺都没关系。当程序员和工程师休息时，他们将自己喜欢的软件放到自己喜欢的四轴飞行器上，并对其进行遥测（由于某种原因，没有其他已知的软件可以很好地处理较长的数据序列）：
但是我们偏离了这个主题。例如，以下是在同一软件中记录的压裂操作的外观：
一位称职的工程师查看这些图，然后在他面前展现出发生的一切情况，就像他掌中的命运线。从第1点开始注入，从第2点到第3点的井底压力（井底压力）开始急剧增长，直到最终在380个大气压下出现水力压裂。请注意，在裂缝增长到11点之前，井底的压力将保持几乎恒定。顺便说一句，当裂缝在380个大气压下打开时，地表上的压力表在第4点显示超过500个大气压。裂缝中的压力几乎保持恒定。从表面上看，压力计的读数从第4点下降到第5点。工程师甚至连眼睛都看不见：他非常清楚，用相同的凝胶代替的井中几乎是水，并且由于管道中的摩擦而造成的压力损失精确地下降了点4和点5之间的差。一个好奇的工程师甚至将测量从点4到点5的管线的斜率，从而获得在井中供应的流体的摩擦系数之比。
在点6处，支撑剂开始流动，并查看在点7处表面压力计读数如何立即开始下降-由于支撑剂越来越重，这是井中的一列流体。在第8点到第9点，向井中添加了减阻剂，以使支撑剂不会在管壁上减慢太多。在第10点，不再供应支撑剂，它不再因自身重量而“掉入”井中，因此必须将更多压力推入裂缝，井口压力升至11点。然后，泵被关闭，压力立即降至12点，此时由于水力压裂泄漏了
所有这些图为工程师提供了很多信息，他们无法清楚地深入了解正在发生的事情，但是由于有了知识，他不仅可以定性评估正在发生的事情，还可以定量评估许多指标。让我们故意将所谓的“测试注入分析”放在括号之外，其中将各种棘手的标尺应用于这些图，并借助它们来计算许多未知的油藏参数。我认为工程软件开发对各个领域的数学家，物理学家，程序员和技术人员有如此广阔的活动领域是可以理解的！
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