Carbone — программный пакет с высокой степенью интерактивности для моделирования флюидов, предназначенный для построения флюидных моделей, которые соответствуют экспериментальным данным, и могут быть использованы для запуска различных сценариев. Наиболее распространенный способ применения — построение моделей PVT для использования в платформе KAPPA workstation или любой другой платформе для моделирования черной нефти или анализа компонентного состава. Carbone также применяется для детального изучения флюидов, включая построение EOS моделей для ряда образцов, изучения парафинов и асфальтенов.
Carbone работает на базе технического ядра Французского Института Нефти, что является частью нашего постоянного технического сотрудничества.
Carbone создан как часть системы KAPPA Generation 6, имеет веб-интерфейс и отдельную серверную часть, что позволяет развертывать модуль в различных конфигурациях, например, независимой, клиент-серверной или с использованием платформы KAPPA-Automate в качестве микрослужбы.
Carbone предлагает многоязычный пользовательский интерфейс — в настоящее время поддерживаются английский, французский, русский, китайский и испанский языки.
Описание флюидов
Для выбора компонент доступен «стандартный» список (До C20) и «расширенный» (до C40) , при этом пользователь может создавать и сохранять любой собственный сценарий.
И если свойства чистых компонент фиксированы, свойства псевдо-компонент (молярный вес, удельный вес и температура кипения) можно переопределять во время загрузки, при этом все остальные свойства пересчитаются автоматически.
Для расчета свойств псевдо-компонент предусмотрены следующие корреляции:Twu/Edmister, Lee-Kesler Extended, Riazi/Edmister и Pedersen
Помимо выбора компонент и задания состава и свойств флюидов, в Carbone флюиды можно также инициализировать путем импорта файлов в формате Eclipse™ для описания состава.
Модели уравнения состояния (EoS)
Доступны модели Peng-Robinson и Soave-Redlich-Kwong
Для введения поправки на плотность предусмотрена также опция корректировки объема.
В модели можно принудительно устанавливать внутреннюю связность ацентрического фактора (с точкой кипения компонент) и сдвигов объема (с поверхностной плотностью компонент).
При моделировании флюида пользователь может выбрать сохранение массы или молей, например в Regression (регрессии) или Characterization (описании характеристик) и пр.
Модель вязкости
Для вычисления вязкости предусмотрены модели Lohrenz-Bray-Clark (LBC) и LBC Heavy Oil.
В модели можно принудительно устанавливать внутреннюю связность критических объемов (с корреляцией вязкости по Orrick & Erbar).
Согласованность модели EOS
Для проверки согласованности EoS флюида, полученного из описания характеристик (Characterization) или регрессии, предлагается несколько графиков:
1. Свойства компонент (Tc, Pc, ω, вязкость, Tb, Vc, удельный вес и парахор) в зависимости от молекулярного веса
2. Ki в зависимости от давления
3. Ki в зависимости от Tbi
Фазовая диаграмма и результаты мгновенного испарения
Фазовая диаграмма PT оперативно моделируется для любого флюида. Можно сопоставлять несколько фазовых диаграмм.
Результаты мгновенного испарения, включая свойства смеси, состав нефти и газа, термодинамику, характеристики переноса и тепловые свойства рассчитывают автоматически и выводят при пластовых и нормальных условиях. Пользователь может также задавать дополнительные давления и температуры для расчета результатов мгновенного испарения.
Описание характеристик
В модуле Carbone можно выполнять детальное описание характеристик в масштабе месторождения по нескольким образцам. Процесс состоит из следующих этапов:
1. Модели молярного распределения: Выбор модели распределения (экспоненциального/Exponential или гамма/Gamma) и настройка параметров модели для обеспечения соответствия по одной или нескольким пробам
2. Факторы описания характеристик: Корреляция молекулярной массы и удельного веса одной или нескольких проб с месторождения, используя характеристические факторы Watson, Jacoby или Søreide
3. Оценка точки кипения: Корреляция молекулярной массы и точек кипения псевдо-компонентов с помощью корреляции Twu или Søreide.
После настройки описание характеристик может помочь в контроле качества данных газовой хроматографии и систематической замене данных газовой хроматографии низкого качества надежными оценками из модели. В отсутствие расширенных данных газовой хроматографии плюс-фракции могут быть разделены по результатам описания характеристик на более тяжелые.
После составления описания характеристик их можно применять к любому совместимому флюиду, что позволяет разрабатывать модели EoS в масштабе месторождения.
Разделение
Когда начальный компонентный состав флюида недостаточен для корректного моделирования лабораторных экспериментов, используется процесс разделения. Конечная цель состоит в разделении дополнительной фракции на несколько псевдо-компонент.
В Carbone предусмотрены две разные процедуры описания характеристик:
1. Описание стандартной нефти до C80
2. Описание тяжелой нефти до C200
3. «Automatic Wax»: Это схема автоматического разделения, которую используют для получения жидкого парафина. Все фракции с углеродным числом выше N (где 6 ≤ N ≤ 16) разделяют на семейства парафинов/Paraffin (P), нафтенов/Naphthene (N) и ароматических/Aromatic (A). Пользователь может задавать какое из трех семейств будет составлять часть смеси твердых УВ.
Ограничивающее разделение позволяет описывать характеристики двух флюидов в одних и тех же фракциях псевдо-компонент.
Объединение
Объединение используется для сокращения количества компонент в заданном флюиде. Доступны следующие способы объединения:
1. Заданный пользователем: пользователь создает группы компонент. Carbone рассчитывает эквивалентные свойства этих компонент и присваивает их группам.
2. Montel Gouel: пользователь задает нужное количество компонент. Carbone автоматически группирует и рассчитывает компоненты с помощью метода, предложенного в 1984 г. Montel и Gouel .
3. SARA: Это схема автоматического объединения, применяемая для получения асфальтенового флюида с использованием информации, полученной методом разделения дегазированной нефти на насыщенные углероды, ароматические соединения, смолы и асфальтены SARA, по исходному составу флюидов.
Описание флюидов
Модуль Carbone предусматривает схему автоматического разделения парафинов, нафтенов и ароматических соединений. Каждая фракция с углеродным числом выше N (где 6 ≤ N ≤ 16) разделяется на три семейства: P, N и A.
Пользователь может задавать какое из трех семейств компонент будет составлять часть твердой фазы. Результатом этого разделения является «парафиновая» жидкость.
Как вариант, если для флюида уже описаны образующие его твердые и нетвердые компоненты, тип осаждения компонент может быть задан при загрузке этого описания.
Модель осаждения
Модель парафинов в модуле Carbone получают из модели, предложенной Педерсеном (Pedersen 1995); эта модель основана на термодинамическом равновесии между жидкой и твердой (парафиновой) фазами.
Предполагается, что твердая фаза характеризуется идеальным поведением. Все составляющие псевдо-компонент не обязательно переходят в парафиновую фазу.
Равновесное соотношение твердой и жидкой фаз KiSL равно нулю для непарафинообразующих частей всех псевдо-компонент.
Кривые температуры образования парафинов (WAT) и осаждения парафина строятся автоматически для всех «парафиновых» флюидов.
Настройка модели
Для парафиновых флюидов предусмотрена специальная регрессия Wax, которая позволяет построить регрессию по температурам плавления и энтальпии плавления компонент, образующих парафин, для согласования данных температуры образования парафинов (WAT) и/или осаждения парафинов.
Замечание: для парафиового флюида можно использовать и другие типы регрессии.
Вязкость смеси твердых УВ (парафинов)
Модуль Carbone предусматривает ввод взаимосвязи кажущейся вязкости жидкости (ηapparent) и скорости сдвига или доли кристаллизованного парафина (ɸwax) и скорости сдвига и расчет других зависимостей с использованием формулы Pedersen and Rønningsen (2000). Строится визуальное представление (график) зависимости ηapparent и ɸwax от скорости сдвига.
Описание флюидов
В модуле Carbone предусмотрен процесс автоматических приближенных вычислений, представляющий любой флюид 10-компонентным «асфальтеновым» флюидом на основе данных SARA. Этот метод заимствован из работы Scewczyk et al. (1999).
После исследования во Французском институте нефти (IFPEN) эта модель была доработана с целью ускорения процесса расчета асфальтенов.
Как вариант, если для флюида уже описаны асфальтеновые и неасфальтеновые фракции, тип осаждения компонент может быть задан при загрузке этого описания.
Оценка рисков
В модуле Carbone предусмотрены два метода:
1. Метод Де Боера (De Boer et al., 1995)
2. Метод индекса коллоидальной неустойчивости (Yen et al., 2001)
Модель осаждения (выпадения осадка)
Модель асфальтена (Asphaltene) в модуле Carbone рассматривает асфальтены как класс растворимости и моделирует осаждение асфальтенов как расслоение смеси жидкость-жидкость. Предполагается, что во всех фазах присутствуют все составляющие и коагуляция рассматривается как появление второй жидкой фазы.
Для анализа различных фаз используется уравнение состояния Abdoul et al. (1991). Фазовая диаграмма всей асфальтеновой фазы для полного термобарического спектра строится автоматически. Кривая растворимости также строится автоматически для любого асфальтенового флюида.
Настройка модели
Для асфальтеновых флюидов предусмотрена специальная регрессия Asphaltene, которая позволяет построить регрессию по параметрам Tc и Mw асфальтеновых компонент с тем, чтобы адаптировать давление начала осаждения асфальтенов и/или данные осаждения.
Замечание: для асфальтенового флюида можно использовать и другие типы регрессии.
Типы регрессии и инструменты решения
Доступно четыре типа регрессии.
1. Classical pseudo (классическая псевдо) выполняется на свойствах псевдо-компонент,
2. EoS parameters (параметры уравнения состояния) выполняется на параметрах Ωa и Ωb,
3. Viscosity Model (модель вязкости) выполняется на параметрах критических объемов и модифицированной модели Лоренца-Брея-Кларка (LBC),
4. Automatic Heavy(автоматическая тяжелая) выполняется на точках кипения самой тяжелой фракции для сопоставления плотности жидкостей в нормальных условиях.
5. Mw+, по молекулярному весу плюс-фракции для адаптации давления насыщения,
6. Asphaltene, по Tc и молекулярному весу асфальтеновых фракций,
7. Wax, по точке (температуре) плавления и энтальпии плавления парафиновых фракций.
Для регрессии имеется два инструмента решения: KAPPA и Hubopt.
Управление параметрами регрессии
Параметры регрессии можно независимо изменять или ограничивать при помощи постоянного или линейно изменяющегося множителя.
Регрессия по нескольким флюидам
Предусмотрена регрессия по нескольким флюидам, где для получения общей модели уравнения состояния выбранная регрессия может использовать данные из нескольких лабораторных отчетов и составы нескольких флюидов.
Регрессия по составу из лабораторных экспериментов
Если составы флюида были загружены для разных шагов давления в лабораторных экспериментах, их можно включить в целевую функцию для регрессии
Описание флюидов
Свойства флюидов могут быть определены при помощи широкого спектра корреляций тяжелой нефти (см. Технические справочники). Эти корреляции можно настраивать на данные пользователя.
Как вариант, свойства могут быть определены из таблиц пользователя.
Начальные значения флюида Black Oil могут быть также заданы по файлам BO KAPPA или Eclipse™.
Типы флюидов
Могут быть созданы следующие типы флюидов Black Oil:
1. Сухой газ (УВ, чистый N2 или чистый CO2)
2. Жирный газ
3. Конденсат
4. Дегазированная нефть
5. Насыщенная (газом) нефть
6. Летучая нефть
В любой тип флюида можно включить воду.
Результаты мгновенного испарения
Результаты мгновенного испарения, включая свойства смеси, термодинамику фазы нефти и газа и характеристики переноса рассчитывают автоматически и выводят при пластовых условиях. Пользователь может также задавать дополнительные давления и температуры для расчета результатов мгновенного испарения.
Заодно для состава Modified Black Oil моделируется диаграмма P-x фазового состояния (типы флюида конденсат/Condensate и летучая нефть/Volatile Oil).
Можно сопоставлять несколько фазовых диаграмм.
Экспорт флюида с учетом компонентного состава
В Carbone предусмотрены следующие форматы описания состава для экспорта PVT-свойств флюида:
1. Формат Eclipse™ для описания состава
2. Форматы PROSPER™ для описания состава и черной нефти
3. CMG для описания состава (GEM™)
Генерация таблиц Black Oil
Таблицы тяжелой нефти могут генерироваться для составного флюида и экспортироваться в один из следующих форматов:
1. KAPPA BO
2. Eclipse™ BO
3. CMG BO (IMEX™)
Процесс истощения пласта-коллектора может моделироваться с использованием CCE (определение давления насыщения испытанием на расширение при постоянном составе), CVD (дифференциальная конденсации) или DLE (дифференциальное разгазирование). Для экспорта должна быть определена технологическая линия наземной сепарации.
Флюид Black Oil
Свойства флюидов тяжелой нефти могут экспортироваться в табличном формате.
Кроме того, можно сгенерировать выходные данные по тяжелой нефти в формате XML для легкой передачи в другие модули KAPPA.
Сепарация
Процесс сепарации — это однократное разгазирование при заданном давлении и температуре. Входные данные для этого разгазирования — состав исходного сырья, давление и температура.
На выходе процесса сепарации два флюида: отделенный газ и отделенная нефть, Для проектирования технологической линии сепарирования можно к любому потоку продукта подсоединять несколько сепараторов.
Смеситель
Опция «смеситель» дает пользователю возможность смешивать два разных флюида.
Второй флюид может быть одним из флюидов, существующих в документе, или отдельным флюидным компонентом.
Доступны различные критерии смешивания: Target GOR (заданный ГФ), Molar fraction of the secondary fluid (мольная доля вторичного флюида) и Miscibility pressure (давление смешиваемости).
Градиент состава
Процесс градиента состава рассчитывает изменения состава и свойств пластового флюида в зависимости от глубины залегания пласта.
Для любой глубины составы можно выводить как новый флюид, который можно использовать в любом процессе.