BRPI0706805A2 - métodos, sistemas e meio legìvel por computador para atualização rápida de modelos de produção para campo de gás e óleo com simuladores proxy e fìsico - Google Patents

Abstract

MéTODOS, SISTEMAS E MEIO LEGìVEL POR COMPUTADOR PARA ATUALIZAçAO RáPIDA DE MODELOS DE PRODUçAO PARA CAMPO DEGáS E óLEO COM SIMULADORES PROXY E FìSICO Trata-se de métodos, sistemas e meios legíveis por computador que são fornecidos para a atualização rápida da otímízação da produção de campos de gás e óleo usando simuladores físicos e proxy. Um modelo base (30) de um reserva- tório (100), poço (100) ou rede de tubulação (100) é estabelecido em um ou mais simuladores físicos (26) . Um sistema de gerenciamento da decisão (24) é usado para definir parâmetros incertos para correspondência com os dados observados (114) . Um modelo proxy é usado para ajustar os parâmetros incertos até as saídas dos símuladores físicos (26), deter- minar as sensibilidades dos parâmetros incertos e computar as correlações entre os parâmetros incertos e os dados de saída dos simuladores físicos (26) . Os parâmetros cujas sen- sibilidades estejam abaixo de determinado patamar são elimi- nados. O sistema de gerenciamento da decisão (24) valida parâmetros que saem do modelo proxy nos símuladores (26) . Os parâmetros validados são usados para tomada de decisões.

Description

"MÉTODOS, SISTEMAS E MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADORPARA ATUALIZAÇÃO RÁPIDA DE MODELOS DE PRODUÇÃO PARA CTlMPO DEGÁS E ÓLEO COM SIMULADORES PROXY E FÍSICO"

REFERÊNCIA CRUZADA PARA AS APLICAÇÕES RELACIONADAS

Este pedido de patente reivindica o benefício doPedido de Patente Provisória dos Estados Unidos N060/763.973 intitulada "Métodos, sistemas e meio legível porcomputador para atualização rápida de modelos de produção decampo de gás e óleo com simuladores proxy e físico", deposi-tada em 31 de janeiro de 2006, e expressamente incorporadano presente por meio de citação.

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se à otimização da pro-dução de campo de gás e óleo. Mais particularmente, a pre-sente invenção se refere ao uso de simuladores físicos eproxy para o aprimoramento das decisões de produção relati-vas aos campos de gás e óleo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Engenheiros de produção ou de reservatório respon-sáveis pelo gerenciamento ou modelagem de extensos campos depetróleo contendo centenas de poços enfrentam a realidade deestarem capacitados fisicamente para avaliar e gerir apenaspoucos poços individuais por dia. 0 gerenciamento individualde poços pode incluir a realização de testes para medição dataxa de óleo, gás e água oriundos de um poço individual (a-baixo da superfície) durante um período de teste. Outrostestes podem incluir testes para a medição da pressão acimae abaixo da superfície, assim como o fluxo do fluido na su-perfície. Como resultado do tempo necessário para gerenciarpoços individuais em um campo de petróleo, a produção em ex-tensos campos de petróleo é gerenciada pela medição periódi-ca (por exemplo, em intervalos de alguns meses) dos fluidosnos pontos de coleta vinculados aos múltiplos poços em umcampo de petróleo, e em seguida distribuindo as medições dospontos de coleta para os poços individuais novamente. Os da-dos coletados a partir das medições periódicas são analisa-dos e usados para a tomada de decisões, inclusive a otimiza-ção da produção futura. Os dados coletados, no entanto, po-dem estar defasados, e quando analisados não são proveitososnas decisões de gerenciamento em tempo real. Além das res-trições temporais mencionadas anteriormente, múltiplas fer-ramentas de análise podem ser empregadas, o que dificulta aconstrução de uma análise consistente de um campo extenso.Estas ferramentas podem ser simuladores múltiplos baseadosfisicamente ou equações analíticas representando o fluxo e oprocessamento de água, óleo e gás.

A fim de intensificar a eficiência no gerenciamen-to dos campos, nos anos recentes foram instalados sensoresnos campos de óleo para o monitoramento contínuo de tempera-tura, taxa de fluido e pressão. Como resultado, uma quanti-dade maior de dados está disponível para análise dos enge-nheiros de produção do que os métodos anteriores de mediçãoperiódica. Entretanto, os dados crescentes dificultam a rea-ção tempestiva aos dados por parte dos engenheiros de produ-ção em resposta às questões detectadas e a tomar as decisõesde produção em tempo real. Por exemplo, os métodos atuaispossibilitam a detecção em tempo real do excesso de água nosfluidos produzidos por um poço, mas não possibilitam que oengenheiro responda imediatamente a esses dados a fim de mo-dificar as regulagens de válvula, de modo a reduzir a quan-tidade de água mediante a detecção do excesso de água. Asevoluções adicionais nos anos recentes resultaram no uso demodelos de computador para otimizar o gerenciamento e a pro-dução dos campos de petróleo. Em particular, modelos desoftware foram desenvolvidos para reservatórios, poços e aexecução de sistemas coletores. Os modelos típicos usadosincluem simuladores de reservatório, análise do nodo do po-ço, e modelos físicos ou com base física de simulação de re-de. Atualmente, o uso de modelos com base física no gerenci-amento da produção é problemático devido ao período de tempopara execução dos modelos. Mais ainda, modelos com base fí-sica devem ser "ajustados" para dados de produção medidos acampo (pressões, taxas de fluxo, temperatura, etc.) para o-timização da produção. 0 ajuste é realizado por meio de umprocesso de "compatibilidade histórica", que é complexo, de-morado e geralmente não resulta em modelos únicos de produ-ção. Por exemplo, o processo de compatibilidade históricapode consumir muitos meses para um engenheiro de produção ouespecialista em reservatório. Ainda mais, os atuais algorit-mos de compatibilidade histórica e fluxo de trabalho paracompatibilidade histórica assistida ou automatizada são com-plexos e cansativos. Em particular, a fim de considerar osdiversos parâmetros possíveis em um sistema de reservatórioque pudesse efetuar predições de produção, diversos ciclosde um ou mais simulares com base física precisariam ser exe-cutados, o que não é prático na indústria.

Com base nessas e em outras considerações é que apresente invenção foi concebida.

SUMÁRIO

As modalidades ilustrativas da presente invençãoabordam estas questões e ainda outras fornecendo a atualiza-ção rápida dos modelos de produção dos campos de gás e óleousando simuladores físicos e proxy. Uma modalidade ilustra-tiva inclui um método para estabelecer um modelo base paraum sistema físico em um ou mais simulares com base física. Osistema físico pode incluir um reservatório, uma poço, umarede de tubulações e um sistema de processamento. Um ou maissimuladores simulam o fluxo de fluidos no reservatório, nopoço, na rede de tubulações e no sistema de processamento.Adicionalmente o método inclui um sistema de gerenciamentode decisão para definir parâmetros incertos do sistema físi-co para compatibilidade com os dados observados. Os parâme-tros incertos podem incluir processos de desenho experimen-tal Arranjo Ortogonal, fatorial ou Box-Behnken.

. 0 método inclui ainda a definição dos limites euma distribuição da incerteza para cada um dos parâmetrosincertos do sistema físico através de um processo de desenhoexperimental, executando automaticamente um ou mais simula-res ao longo de um grupo de parâmetros de desenho de modo agerar uma série de saídas, sendo que o grupo de parâmetrosde desenho compreende parâmetros incertos e as saídas repre-sentam predições de produção, a coleta de dados de caracte-rização em uma base de dados relacionai, sendo que a base dedados compreende valores associados ao grupo de parâmetrosde desenho e valores associados com as saldas a partir de umou mais simuladores, que o ajuste dos dados relacionais com-preende uma série de entradas, que as entradas compreendemos valores associados ao grupo de parâmetros de desenho, pa-ra as saídas de um ou mais simulares usando um modelo proxyou um sistema de equação para o sistema físico. O modeloproxy pode ser uma rede neutra e é usada para calcular deri-vativos relativos aos parâmetros do desenho de modo a deter-minar correlações de cômputo e sensibilidades entre os parâ-metros de desenho e as saídas de um ou mais simuladores. Ométodo ainda inclui a eliminação dos parâmetros de desenhodo modelo proxy para os quais as sensibilidades estão abaixode um patamar, usando um otimizador com o modelo proxy nosentido de determinar as faixas dos valores de parâmetro dedesenho, para os parâmetros de desenho que não foram elimi-nados do modelo proxy, cujas saídas do modelo proxy corres-pondem aos dados observados, os parâmetros de desenho quenão foram eliminados, sendo então designados como parâmetrosselecionados, situando os parâmetros selecionados e suasfaixas a partir do modelo proxy no sistema de gerenciamentode decisão, ativando o sistema de gerenciamento de decisãocomo um otimizador global de modo a validar os parâmetrosselecionados em um ou mais simuladores, e usando os parâme-tros selecionados validados a partir de um ou mais simulado-res para as decisões de produção.

Outras modalidades ilustrativas da invenção tambémpodem ser implantadas em um sistema de computador, ou comoum artigo de fábrica, como um produto para programa de com-putador, ou um meio legível por computador. O produto paraprograma de computador pode ser um meio de armazenamento emcomputador legível por um sistema de computador e que codi-fica um programa de computador de instruções para executar oprocesso por computador. O produto para programa de computa-dor também pode ser um sinal propagado em um portador legí-vel por um sistema de computador e que codifica um programade computador de instruções para executar o processo porcomputador.

Estas e outras características, assim como as van-tagens, que caracterizam a presente invenção serão evidentesa partir da leitura da descrição detalhada adiante e da re-visão dos desenhos associados.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um diagrama em bloco simplificado deum ambiente operacional que pode ser usado de acordo com asmodalidades ilustrativas da presente invenção;

A Figura 2 é um diagrama em bloco simplificado i-lustrando um sistema de computador no ambiente operacionalda Figura 1, que pode ser utilizado para a execução das di-versas modalidades ilustrativas da presente invenção; e

A Figura 3 é um fluxograma mostrando uma rotinailustrativa para a atualização rápida de modelos de produçãopara campos de óleo e gás com simuladores físicos e proxy,de acordo com a modalidade ilustrativa da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADAAs modalidades ilustrativas da presente invençãofornecem a atualização rápida dos modelos de produção paracampos de óleo e gás usando simuladores físicos e proxy.Mencionando agora os desenhos, nos quais numerais idênticosrepresentam elementos idênticos, diversos aspectos da pre-sente invenção serão descritos. Em particular, a Figura 1 ea discussão correspondente pretendem proporcionar uma des-crição breve e geral de um ambiente operacional adequado noqual podem ser implantadas modalidades da invenção.

As modalidades da presente invenção podem ser ge-ralmente empregadas no ambiente operacional 100 mostrado naFigura 1. O ambiente operacional 100 inclui instalações desuperfície de campo de petróleo 102 e poços e dispositivosde fluxo de subsuperfície 104. As instalações de superfíciede campo de petróleo 102 podem conter algumas das diversasinstalações tipicamente usadas na produção dos campos de ó-leo e gás. Estas instalações podem conter, sem limitação,sondas de perfuração, conjuntos de preventores, bombas delama e outros itens semelhantes. Os poços e dispositivos defluxo de subsuperfície podem conter, sem limitação, reserva-tórios, poços e redes de tubulação (e suas partes físicasassociadas). É preciso compreender que, conforme discutidona descrição a seguir e nas reivindicações anexas, a produ-ção pode incluir a perfuração e a exploração dos campos deóleo e gás.

As instalações de superfície 102 e os poços e osdispositivos de fluxo de subsuperfície 104 estão em comuni-cação com os sensores de campo 106, as umidades terminaisremotas 108 e os controladores de campo 110 de forma famili-ar aos versados na técnica. Os sensores de campo 106 medemdiversas propriedades de superfície e de subsuperfície de umcampo de óleo (isto, reservatórios, poços, redes de tubula-ção) inclusive, mas não se limitando a, taxas de produção deágua, óleo e gás, injeção de água, pressões do nodo e cabeçado tubo de produção, regulagem das válvulas no campo, zona eníveis do poço. Em uma modalidade da invenção, os sensoresde campo 106 são capazes de realizar medições contínuas emum campo de óleo e comunicar os dados em tempo real às uni-dades terminais remotas 108. Seria desejável pelos versadosna técnica que o ambiente operacional 100 possa incluir atecnologia de "campos inteligentes", que permite a mediçãodos dados na superfície, assim como abaixo da superfície nospoços em si.

Os campos inteligentes também possibilitam amedição de reservatórios e zonas individuais em um campo depetróleo. Os controladores de campo 110 recebem os dados me-didos a partir dos sensores de campo 106 e permitem o moni-toramento a campo dos dados medidos.

As unidades terminais remotas 108 recebem os dadosde medição a partir dos sensores de campo 106 e comunicam osdados de medição a um ou mais Sistemas de Supervisão de A-quisição e Controle de Dados ("SCADA") 112. Conforme é doconhecimento dos versados na técnica, SCADAs são sistemas decomputador para reunir e analisar dados em tempo real. OsSCADAs 112 comunicam os dados de medição recebidos até umabase de dados historiadora em tempo real 114. A base de da-dos historiadora em tempo real 114 está em comunicação comuma base de dados integrada de engenharia e perfuração deprodução 116 capaz de acessar os dados de medição.

A base de dados integrada de engenharia e perfura-ção de produção 116 está em comunicação com um sistema decomputador de modelo ativo e dinâmico 2. Nas diversas moda-lidades ilustrativas da invenção, o sistema de computador 2 executa diversos módulos do programa para a atualização rá-pida dos modelos de produção dos campos de óleo e gás usandosimuladores físicos e proxy. Em geral, os módulos de progra-ma incluem rotinas, programas, componentes, estruturas dedados e outros tipos de estruturas que realizam tarefas es-pecíficas ou implantam tipos específicos de dados resumidos.Os módulos do programa incluem uma aplicação para o sistemade gerenciamento da decisão ("DMS") 24 e um módulo para oprograma de otimização em tempo real 28. 0 sistema de compu-tador 2 também inclui módulos de programa adicionais que se-rão descritos abaixo na descrição da Figura 2. Seria desejá-vel que a comunicação entre os sensores de campo 106, as u-nidades terminais remotas 108, os controladores de campo110, os SCADAs 11, as bases de dados 114 e 116 e o sistemade computador 2 pudessem ser ativados usando os enlaces decomunicação através de uma rede de área larga ou de área lo-cal da forma familiar aos versados na técnica.

Conforme será discutido abaixo com mais detalhe emrelação às Figuras 2 e 3, o sistema de computador 2 usa aaplicação DMS 24 em associação com um simulador físico oucom base física e um modelo proxy (como um simulador proxy)para a atualização rápida dos modelos de produção dos camposde gás e óleo. A funcionalidade essencial da aplicação DMS24 é descrita em detalhe no Pedido de Patente Publicada US2004/0220790 co-pendente, intitulado "Method and System forScenario and Case Decision Management", que é incorporado aopresente por meio de citação. 0 módulo para o programa deotimização em tempo real 28 usa o modelo proxy citado ante-riormente para determinação das faixas de valor do parâmetropara saídas que correspondam aos dados observados em temporeal medidos pelos sensores de campo 106.

Com referência à Figura 2, será descrita uma ar-quitetura de computador ilustrativa para o sistema de compu-tador 2 que é utilizada em diversas modalidades da invenção.

A arquitetura de computador mostrada na Figura 2 ilustra umcomputador convencional ou um computador portátil, incluindouma unidade de processamento 5 ("CPU"), uma memória do sis-tema 7, inclusive uma memória de acesso aleatório 9 ("RAM")e uma memória só para leitura ("ROM") 11, e um barramento dosistema 12 que acopla a memória à CPU 5. Um sistema básicode entrada/saída contendo as rotinas básicas que ajudam atransferir informações entre elementos dentro do computador,como durante a inicialização, é armazenado no ROM 11. 0 sis-tema do computador 2 inclui ainda um dispositivo de armaze-namento de massa 30 e outros módulos do programa 32. Estesmódulos serão descritos em maior detalhe abaixo.

É preciso compreender que o sistema de computador2 para a prática das modalidades da invenção também podemser representativo de outras configurações de sistema decomputador, inclusive dispositivos portáteis, sistemas demicroprocessador, produtos eletrônicos para o consumidorprogramáveis ou com base em microprocessador, minicomputado-res, computadores centrais e outros semelhantes. As modali-dades da invenção também podem ser praticadas em ambientesdistribuídos de computador, onde as tarefas são realizadaspor dispositivos de processamento remoto que são vinculadosatravés de uma rede de comunicação. Em um ambiente distribu-ído de computador, os módulos do programa podem estar loca-lizados nos dispositivos de armazenamento de memória remotaou local.

O dispositivo de armazenamento de massa 14 estáconectado à CPU 5 através do controlador de armazenamento damassa (não mostrado) conectado ao barramento 12. O disposi-tivo de armazenamento de massa 14 e seus meios associadoslegíveis por computador fornecem o armazenamento não volátilpara o sistema de computador 2. Muito embora a descrição domeio legível por computador aqui contida se refira ao dispo-sitivo de armazenamento de massa, tal como um disco rígidoou uma unidade de disco CD-ROM, seria apreciado pelos versa-dos na técnica que o meio legível por computador possa serqualquer meio disponível que possa ser acessado pelo sistemade computador 2.

A título de exemplo, e não como limitação, o meiolegível por computador pode compreender um meio de armazena-mento em computador e um meio de comunicação. O meio de ar-mazenamento em computador inclui meios removíveis e não re-movíveis, voláteis ou não voláteis, implantados em qualquermétodo ou tecnologia para armazenamento de informações, comoinstruções legíveis por computador, estruturas de dados, mó-dulos de programa ou outros dados. 0 meio de armazenamentoem computador inclui, mas não se limita, a RAM, ROM, EPROM,EEPROM, memória rápida ou outra tecnologia de memória no es-tado sólido, CD-ROM, discos versáteis digitais ("DVD") ououtras formas de armazenamento óptico, fitas cassete magné-ticas, fitas magnéticas, armazenamento em disco magnético ououtros dispositivos de armazenamento magnético, ou qualgueroutro meio que pode ser usado para armazenar as informaçõesdesejadas e que podem ser acessadas pelo sistema de computa-dor 2.

De acordo com as várias modalidades da invenção, osistema de computador 2 pode funcionar em um ambiente em re-de usando conexões lógicas a computadores, base de dados re-motos e outros dispositivos através da rede 18. 0 sistema decomputador 2 pode se conectar à rede 18 através de uma uni-dade de interface da rede 20 conectado ao barramento 12. Asconexões que podem ser realizadas pela unidade da interfaceda rede 20 podem incluir as conexões de rede da área local("LAN") ou a rede de área larga ("WAN"). Os ambientes de re-de LAN e a WAN são corriqueiros nos escritórios, redes decomputador corporativas, intranets e Internet. Seria desejá-vel que a unidade de interface da rede 20 também pudesse serutilizada para se conectar a outros tipos de redes e siste-mas de computador remoto. O sistema de computador 2 tambémpode incluir um controlador de entrada/saída 22 para a uni-dade de recebimento e processamento a partir de diversosdispositivos adicionais, inclusive teclado, mouse ou canetaeletrônica (não apresentada na Figura 2). Do mesmo modo, umcontrolador de entrada/saida 22 pode fornecer uma tela deexibição, uma impressora e outro tipo de dispositivo de sal-da.

Conforme rapidamente mencionado acima, diversosmódulos de programa podem ser armazenados no O dispositivode armazenamento de massa 14 do sistema de computador 2, in-clusive um sistema operacional 16 para controlar a operaçãode um computador pessoal em rede. O dispositivo de armazena-mento de massa 14 e a RAM 9 também podem armazenar um oumais módulos de programa. Em uma modalidade, a aplicação DMS24 é utilizada com um ou mais simuladores com base fisica26, o módulo de otimização em tempo real 28 e os modelos combase física 30 para otimizar os parâmetros de controle daprodução para uso em tempo real em campos de gás e óleo.Conforme é do conhecimento daqueles versados na técnica, ossimuladores com base física utilizam equações que represen-tam a física do fluxo dos fluidos e a conversão química. E-xemplos de simuladores com base física incluem, sem limita-ção, simuladores de reservatório, simuladores de fluxo nastubulações e simuladores de processo (por exemplo, simulado-res de separação) . Em particular, a aplicação DMS 24 podeser utilizada para definir grupos de parâmetros em um modelofísico ou com base física que são desconhecidos e que podemser ajustados de modo que o simulador com base física 26possa corresponder aos dados em tempo real que são atualmen-te observados no campo de gás e óleo. Conforme discutido a-cima com relação à Figura 1, os dados em tempo real podemser dados de medição recebidos pelos sensores de campo 106através de monitoramento continuo. O simulador com base fí-sica 26 é importante para criar os modelos com base físicaque representam a operação dos sistemas físicos como reser-vatórios, poços e redes de tubulação em campos de gás e ó-Ieo. Por exemplo, os modelos com base física 30 podem serutilizados para estimular o fluxo de fluidos em um reserva-tório, um poço ou uma rede de tubulação, avaliando as diver-sas características como área do reservatório, número de po-ços, trajetória do poço, raio do tubo de produção do poço,comprimento do tubo de produção, geometria do tubo de produ-ção, gradiente de temperatura, e tipos de fluidos que sãorecebidos no simulador com base física. 0 simulador com basefísica 26, na criação de um modelo, também pode receber da-dos de entrada incertos ou estimados, como as reservas doreservatório.

Com referência à Figura 3, uma rotina ilustrativa300 será descrita ilustrando um processo para a atualizaçãorápida dos modelos de produção dos campos de óleo e gás u-sando um simulador proxy e físico. Ao ler a discussão dasrotinas ilustrativas aqui apresentadas, seria desejável queas operações lógicas de diversas modalidades da presente in-venção fossem implantadas (1) como uma seqüência de atos im-plantados de computador ou módulos de programa operando emum sistema de computador e/ou (2) como circuitos lógicos demáquina interconectados ou módulos de circuito no sistema decomputador. A implantação é uma questão de escolha, depen-dendo das exigências de execução do sistema de computadorque implanta a invenção. Consequentemente, as operações ló-gicas ilustradas na Figura 3, e a construção das modalidadesilustrativas da presente invenção aqui descritas são citadasde forma variada como operações, dispositivos estruturais,atos ou módulos. Os versados na técnica reconhecerão que es-tas operações, dispositivos estruturais, atos ou módulos po-dem ser implantados em software, em firmware em lógica digi-tal de finalidade especifica e em suas combinações, sem seafastar do espirito e do escopo da presente invenção segundodeclarado nas reivindicações anexas ao presente.

A rotina ilustrativa 300 começa na operação 305onde a aplicação DMS 24 executada pela CPU 5 instrui o simu-lador com base física 26 a estabelecer um modelo "base" deum sistema físico. É preciso compreender que um modelo "ba-se" pode ser uma representação com base física ou física (emsoftware) de um reservatório, um poço, uma rede de tubulaçãoou um sistema de processamento (como um sistema de processa-mento de separação) em um campo de gás e óleo baseado nosdados característicos, como a área do reservatório, o númerode poços, a trajetória do poço, o raio do tubo de produçãodo poço, comprimento do tubo de produção, geometria do tubode produção, gradiente de temperatura, e tipos de fluidosque são recebidos no simulador com base física. 0 simuladorcom base física 26, ao criar um modelo "base", pode tambémreceber dados de entrada incertos ou estimados, como as re-servas do reservatório. É preciso compreender que um ou maissimulador com base física 26 podem ser utilizados nas moda-lidades da invenção.A rotina 300 prossegue então a partir da operação305 até a operação 310 onde a aplicação DMS 24 define auto-maticamente parâmetros incertos (isto é, parâmetros desco-nhecidos) com relação à base móvel. Por exemplo, parâmetrosincertos podem incluir, sem limitação, permeabilidade pelazona do reservatório, liquido /. bruto (net-to-gross) , pelí-cula do poço, transmissibilidade falha, taxa de permeabili-dade vertical/horizontal, e tempo de espera pela pega do ci-mento ("WOC").

Uma vez que os parâmetros incertos estejam defini-dos, a rotina 300 prossegue então a partir da operação 310até a operação 315, onde a aplicação DMS 24 define os limi-tes para parâmetros incertos. Em particular, a aplicação DMS24 pode utilizar um processo de desenho experimental paradefinir os limites de cada parâmetro incerto inclusive osníveis extremos (por exemplo, máximo, central ou mínimo) dosvalores para cada parâmetro incerto. A aplicação DMS 24 tam-bém pode calcular uma distribuição da incerteza para cadaparâmetro incerto.

Aqueles versados na técnica apreciarãoque a distribuição da incerteza possa ser determinada atra-vés da aplicação de uma ou mais funções de densidade de pro-babilidade. Em uma modalidade, o processo de desenho experi-mental utilizado pela aplicação DMS 24 podem ser os conheci-dos processos de desenho experimental Arranjo Ortogonal, fa-torial ou Box-Behnken.

A rotina 300 prossegue então a partir da operação315 até a operação 320, onde a aplicação DMS 24 executa au-tomaticamente o simulador com base física 2 6 ao longo de umgrupo de parâmetros incertos segundo definido pelos limitese a distribuição da incerteza determinada na operação 315. Épreciso compreender que, a partir deste ponto, esses parâme-tros serão aqui mencionados como parâmetros de "desenho". Naexecução do grupo de parâmetros de desenho, o simulador combase física 26 gera uma série de entradas que podem ser usa-das para efetuar diversas predições de produção. Por exem-plo, o simulador com base física 26 pode gerar saídas rela-cionadas ao fluxo de fluido em um reservatório, inclusive,sem limitações, pressões, taxas de fluxo de hidrocarbonetos,taxas de fluxo de água e temperaturas que são baseados emuma faixa de valores de permeabilidade definidos pela apli-cação DMS 24.

A rotina 300 prossegue então a partir da operação320 até a operação 325, onde a aplicação DMS 24 coleta dadosde caracterização em uma base de dados relacionai, como abase de dados integrada de engenharia e perfuração de produ-ção 116. Os dados de caracterização incluem faixas de valorassociadas com os parâmetros de desenho segundo determinadona operação 315 (isto é, os dados de parâmetro de desenho) ,assim como as saídas do simulador com base física 26.

A rotina 300 prossegue então a partir da operação325 até a operação 330, onde a aplicação DMS 24 utiliza umaequação de regressão para ajustar os dados do parâmetro dedesenho (isto é, os dados relacionais de entrada) até as sa-ídas do simulador com base física 26 usando um modelo proxy.Conforme usado na descrição citada anteriormente e nas rei-vindicações anexas, um modelo proxy é uma equação matemáticautilizada como um proxy para os modelos com base física pro-duzidos pelo simulador com base física 26. Os versados natécnica apreciarão que nas diversas modalidades da invenção,o modelo proxy possa ser uma rede neural, uma expansão poli-nomial, uma máquina de vetor suporte ou um agente inteligen-te. Um modelo proxy ilustrativo que pode ser utilizado emuma modalidade da invenção é fornecido pela seguinte equa-ção :

<formula>formula see original document page 19</formula>

É preciso compreender que de acordo com uma moda-lidade da invenção, um modelo proxy pode ser empregado si-multaneamente para múltiplos simuladores proxy com base fí-sica que predizem o fluxo e a química ao longo do tempo.

A rotina 300 prossegue então a partir da operação330 até a operação 335, onde a aplicação DMS 24 utiliza omodelo proxy para determinar as sensibilidades para os parâ-metros de desenho. Conforme aqui definido, "sensibilidade" éum derivativo de uma saída do simulador com base física 26com relação ao parâmetro de desenho no modelo proxy. Por e-xemplo, uma sensibilidade pode ser um derivativo da produçãode óleo de hidrocarboneto com relação à permeabilidade doreservatório. Em uma modalidade, o derivativo para cada saí-da com relação a cada parâmetro de desenho pode ser computa-da na equação do modelo proxy (mostrada acima). A rotina 300prossegue então a partir da operação 335 até a operação 340,onde a aplicação DMS 24 usa o modelo proxy para computar ascorrelações entre os parâmetros de desenho e as saídas dosimulador com base física 26.

A rotina 300 prossegue então a partir da operação345 até a operação 350, onde a aplicação DMS 24 elimina osparâmetros de desenho a partir do modelo proxy cujas sensi-bilidades estejam abaixo de determinado patamar. Em particu-lar, de acordo com uma modalidade da invenção, a aplicaçãoDMS 24 pode eliminar um parâmetro de desenho quando a sensi-bilidade ou o derivativo para aquele parâmetro de desenho,segundo determinado pelo modelo proxy, for determinada comopróxima ao valor zero.

Assim, seria desejável que um ou maisdos parâmetros incertos (isto é, permeabilidade pela zona doreservatório, líquido / bruto (net-to-gross) , película dopoço, transmissibilidade falha, taxa de permeabilidade ver-tical/horizontal e WOC, que foram discutidos acima na opera-ção 310, possam ser eliminados como sendo desprezíveis oupor inferirem um impacto mínimo. É preciso compreender queos parâmetros não eliminados ou importantes são selecionadospara otimização (isto é, parâmetros selecionados) conformeserá discutido em maior detalhe na operação 350.

A rotina 300 prossegue então a partir da operação350 até a operação 355, onde a aplicação DMS 24 usa o módulode otimização em tempo real 28 com o modelo proxy para de-terminar as faixas de valor para os parâmetros selecionados(isto é, os parâmetros não eliminados) determinados na ope-ração 345. Em particular, o módulo de otimização em temporeal 28 gera uma função desajustada que representa uma dife-rença quadrada entre as saídas do modelo proxy e os dadosobservados em tempo real recuperados dos sensores de campo106 e armazenados nas bases de dados 114 e 116. As funçõesde desajuste ilustrativas para um poço que podem ser utili-zadas nas diversas modalidades da invenção são fornecidaspelas seguintes equações:

<formula>formula see original document page 21</formula>

onde W1 = peso para o poço i, wt = peso para o tem-po t, sim(i, t) = valor normalizado ou simulado para o poçoi no tempo t, e hist(i,t) = valor histórico e normalizadopara o poço i no tempo t.

É preciso compreender que as faixas de valor oti-mizado determinado pelo módulo de otimização em tempo real28 são valores cuja função de desajuste é pequena (isto é,próxima de zero). É preciso compreender ainda que os parâme-tros selecionados e as faixas de valor otimizado são repre-sentativos de um modelo proxy que pode ser executado e vali-dado no simulador com base fisica 26, conforme será descritoem maior detalhe abaixo.

A rotina 300 prossegue então a partir da operação350 até a operação 355, onde o módulo de otimização em temporeal 28 posiciona os parâmetros selecionados (determinadosna operação 345) e as faixas de valor otimizado (determina-das na operação 350) de volta na aplicação DMS 24 que execu-ta o simulador com base fisica 26 para validar os parâmetrosselecionados na operação 360. É preciso compreender que to-das as operações discutidas acima cm relação à aplicação DMS24 são operações automatizadas no sistema de computador 2.

A rotina 300 prossegue então a partir da operação360 até a operação 365, onde os parâmetros validados podementão ser usados para tomadas de decisão. Nesse ponto a ro-tina 300 é concluída.

Com base na citação anterior, seria desejável queas diversas modalidades da invenção incluíssem métodos, sis-temas e meios legíveis por computador para a atualização rá-pida de modelos de produção para campos de óleo e gás usandoum simulador proxy e físico. Um simulador com base física emum sistema de computador de modelo ativo e dinâmico é utili-zado para transpor a faixa de possibilidades para parâmetrosdesconhecidos que são incertos. Uma aplicação de gerencia-mento da decisão funcionando no sistema de computador é usa-da para construir um modelo proxy que simula um sistema fí-sico (isto é, um reservatório, poço ou rede de tubulação) .Seria desejável que a simulação executada pelo modelo proxyfosse quase instantânea, e, portanto mais rápida do que ossimuladores com base física tradicionais que são vagarosos ede difícil atualização. Como resultado do modelo proxy, osmodelos com base física são atualizados com maior rapidez efreqüência, e o processo de desenho de responsabilidade doengenheiro de reservatório é facilitado.

Muito embora a presente invenção tenha sido des-crita em relação às diversas modalidades ilustrativas, osindivíduos versados na técnica compreenderão que muitas mo-dificações podem ser inferidas à mesma dentro do escopo dasreivindicações que se seguem. Consequentemente, não se pre-tende restringir de forma alguma o escopo da invenção peladescrição acima, e sim, inversamente, ser integralmente de-terminada por meio da citação das reivindicações que se seguem.

Claims (21)

1. Método para atualização rápida de modelos deprodução de campos de óleo e gás usando um simulador físicoe proxy, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:estabelecer um modelo base de um sistema físico empelo menos um simulador com base física, em que o sistemafísico compreende pelo menos um reservatório, um poço, umarede de tubulação e um sistema de processamento, e em quepelo menos um simulador simula o fluxo de fluidos em pelomenos um dos seguintes: reservatório, poço, rede de tubula-ção e um sistema de processamento;definir limites, inclusive níveis extremos e umadistribuição da incerteza para cada um dos diversos parâme-tros incertos do sistema físico através de um processo dedesenho experimental, em que os parâmetros incertos segundoas definições dos limites e da distribuição da incertezacompreendem um grupo de parâmetros de desenho;ajustar os dados que compreendem uma série de en-tradas, sendo que as entradas compreendem os valores associ-ados com o grupo de parâmetros de desenho, até as saídas depelo menos um simulador utilizando um modelo proxy, em que omodelo proxy é um proxy para pelo menos um simulador, quepelo menos um simulador compreende pelo menos um dos seguin-tes: um simulador do reservatório, um simulador da rede detubulação, um simulador do processo, e um simulador do poço;eutilizar um otimizador com um modelo proxy paradeterminar as faixas de valor do parâmetro de desenho cujassaídas do modelo proxy correspondem aos dados observados.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO ainda pelo fato que compreende:utilizar o modelo proxy para calcular derivativosrelativos aos parâmetros de desenho do sistema físico paradeterminar as sensibilidades;utilizar o modelo proxy para computar as correla-ções entre os parâmetros de desenho e as saídas de pelo me-nos um simulador;classificar os parâmetros de desenho a partir domodelo proxy; eutilizar parâmetros selecionados validados a par-tir de pelo menos um simulador para as decisões de produção.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2,CARACTERIZADO ainda pelo fato que compreende:utilizar um sistema de gerenciamento da decisãopara definir diversos parâmetros de controle do sistema fí-sico para correspondência com os dados observados;executar automaticamente pelo menos um simuladorao longo do grupo de parâmetros de desenho para gerar umasérie de saídas, sendo que as saídas representam as predi-ções de produção; ecoletar dados de caracterização em uma base de da-dos relacionai, sendo que os dados de caracterização compre-endem valores associados ao grupo de parâmetros de desenho evalores associados às saídas de pelo menos um simulador.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3,CARACTERIZADO ainda pelo fato que compreende:situar os parâmetros de desenho cujas sensibilida-des não estejam abaixo de um patamar e suas faixas a partirdo modelo proxy no sistema de gerenciamento da decisão, sen-do que os parâmetros de desenho cujas sensibilidades não es-tão abaixo do patamar são parâmetros selecionados; eativar o sistema de gerenciamento da decisão comoum otimizador global para validar os parâmetros selecionadosem pelo menos um simulador.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que o estabelecimento de um mode-lo base de um sistema fisico em pelo menos um simulador combase física compreende criar uma representação de dados dosistema físico, em que a representação de dados compreendeas características físicas de pelo menos um dos seguintes: oreservatório, o poço, a rede de tubulação e o sistema deprocessamento, inclusive as dimensões do reservatório, o nú-mero de poços no reservatório, a trajetória do poço, a di-mensão do tubo de produção do poço, a geometria do tubo deprodução, o gradiente de temperatura, tipos de fluidos e va-lores de dados estimados de outros parâmetros associados aosistema físico.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que a definição dos limites, in-clusive níveis extremos e uma distribuição da incerteza paracada um dos parâmetros incertos do sistema físico através deum processo de desenho experimental, compreende a definiçãodos limites, inclusive níveis extremos e uma distribuição daincerteza para permeabilidade, transmissibilidade falha, vo-lume de poro e parâmetros da película do poço, utilizandopelo menos um dos processos de desenho experimental ArranjoOrtogonal, fatorial ou Box-Behnken.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que, a utilização do modelo proxypara calcular derivativos com relação aos parâmetros de de-senho para determinar as sensibilidades, compreende determi-nar um derivativo de uma saída de pelo menos um simuladorcom relação a uma das séries de entrada.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO ainda pelo fato de que compreende a remoçãodos parâmetros de desenho a partir do modelo proxy, os quaissão determinados por um usuário de modo a apresentar um im-pacto mínimo sobre o sistema físico.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1,CARACTERIZADO pelo fato de que compreende a utilização defaixas de valor de parâmetro de desenho que incluem a utili-zação de otimizadores com pelo menos um dos seguintes: redeneural, expansão polinomial, máquina de vetor suporte e umagente inteligente.

10. Sistema para atualização rápida de modelos deprodução de campos de óleo e gás usando um simulador proxy efísico, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:uma memória para armazenamento do código de pro-grama executável; eum processador, acoplado funcionalmente à memória,sendo que o processador é receptivo às instruções executá-veis por computador contidas no código do programa e impor-tante para:estabelecer um modelo base de um sistema físico empelo menos um simulador com base física 26, em que o sistemafísico compreende pelo menos um reservatório, um poço, umarede de tubulação e um sistema de processamento, e em quepelo menos um simulador simula o fluxo de fluidos em pelomenos um reservatório, um poço, uma rede de tubulação e umsistema de processamento;definir limites, inclusive níveis extremos e umadistribuição de incerteza para cada um dos diversos parâme-tros incertos do sistema físico através de um processo dedesenho experimental, em que os parâmetros incertos, segundoas definições dos limites e da distribuição de incerteza,compreendem um grupo de parâmetros de desenho;ajustar os dados que incluem uma série de entra-das, sendo que as entradas incluem os valores associados aogrupo de parâmetros de desenho, até as saídas de pelo menosum simulador utilizando um modelo proxy, em que o modeloproxy é um proxy para pelo menos um simulador, em que pelomenos um simulador compreende pelo menos um dos seguintes:um simulador de reservatório, um simulador de rede de tubu-lação, um simulador de processo e um simulador de poço; eutilizar um otimizador com rede neural para deter-minar as faixas de valor do parâmetro de desenho cujas saí-das a partir do modelo proxy correspondem aos dados observa-dos .

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que o processador é ainda impor-tante para:utilizar o modelo proxy para calcular derivativosrelacionados aos parâmetros de desenho do sistema físico afim de determinar sensibilidades; utilizar o modelo proxy para computar correlaçõesentre os parâmetros de desenho e as saídas de pelo menos umsimulador;classificar os parâmetros de desenho a partir domodelo proxy; e utilizar parâmetros selecionados validados a par-tir de pelo menos um simulador para decisões de produção.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11,CARACTERIZADO pelo fato de que o processador é ainda impor-tante para: utilizar um sistema de gerenciamento de decisãopara definir diversos parâmetros de controle do sistema fí-sico para correspondência com os dados observados;executar automaticamente pelo menos um simuladorao longo do grupo de parâmetros de desenho para gerar uma série de saídas, sendo que as saídas representam as predi-ções de produção; ecoletar dados de caracterização em uma base de da-dos relacionai, sendo que os dados de caracterização compre-endem valores associados ao grupo de parâmetros de desenho e valores associados às saídas de pelo menos um simulador.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 12,CARACTERIZADO pelo fato de que o processador é ainda impor-tante para:situar os parâmetros de desenho cujas sensibilida-des estejam abaixo de um patamar e suas faixas a partir domodelo proxy no sistema de gerenciamento da decisão, sendoque os parâmetros de desejo cujas sensibilidades não estãoabaixo do patamar são parâmetros selecionados; eativar o sistema de gerenciamento da decisão comoo otimizador global para validar os parâmetros selecionadosem pelo menos um simulador.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de o estabelecimento de um modelobase de um sistema fisico em pelo menos um simulador com ba-se física compreende criar uma representação de dados dosistema físico, em que a representação de dados compreendeas características físicas de pelo menos um dos seguintes: oreservatório, o poço, uma rede de tubulação e um sistema deprocessamento, inclusive as dimensões do reservatório, o nú-mero de poços no reservatório, a trajetória do poço, as di-mensões do tubo de produção do poço, a geometria do tubo deprodução, o gradiente de temperatura, os tipos de fluidos eos valores de dados estimados de outros parâmetros associa-dos ao sistema físico.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que a definição dos limites, in-clusive níveis extremos e uma distribuição da incerteza paracada um dos parâmetros incertos do sistema físico através deum processo de desenho experimental, compreende a definiçãodos limites, inclusive níveis extremos e uma distribuição daincerteza para permeabilidade, transmissibilidade falha, vo-lume de poro e parâmetros da película do poço, utilizandopelo menos um dos processos de desenho experimental ArranjoOrtogonal, fatorial ou Box-Behnken.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de que a utilização do modelo proxypara cálculo dos derivativos com relação aos parâmetros dedesenho no sentido de determinar as sensibilidades compreen-de a determinação de derivativos de uma saída de pelo menosum simulador com relação a uma das séries de entrada.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO ainda pelo fato de que compreende a remoçãodos parâmetros de desenho a partir do modelo proxy, os quaissão determinados pelo usuário de modo a inferir um impactomínimo sobre o sistema físico.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,CARACTERIZADO pelo fato de utilizar um otimizador com o mo-delo proxy a fim de determinar faixas de valor de parâmetrode desenho que incluem a utilização de otimizadores com pelomenos um dos seguintes: uma rede neural, uma expansão poli-nomial, uma máquina de vetor suporte e um agente inteligen-te .

19. Meio legível por computador contendo instru-ções executáveis por computador, que quando executadas em umcomputador executam um método para a atualização rápida dosmodelos de produção para os campos de gás e óleo usando umsimulador proxy e físico, sendo o método CARACTERIZADO pelofato de que compreende:estabelecer um modelo base de um sistema físico empelo menos um simulador com base física, em que o sistemafísico compreende pelo menos um reservatório, um poço, umarede de tubulação e um sistema de processamento, e em quepelo menos um simulador simula o fluxo de fluidos em pelomenos um dos seguintes: reservatório, poço, rede de tubula-ção e um sistema de processamento;definir limites, inclusive níveis extremos e umadistribuição de incerteza para cada um dos diversos parâme-tros incertos do sistema físico através de um processo dedesenho experimental, em que os parâmetros incertos segundoas definições dos limites e da distribuição da incertezacompreendem um grupo de parâmetros de desenho;ajustar os dados que compreendem uma série de en-tradas, sendo que as entradas compreendem os valores associ-ados ao grupo de parâmetros de desenho, até as saídas de pe-lo menos um simulador utilizando um modelo proxy, em que omodelo proxy é um proxy para pelo menos um simulador, em quepelo menos um simulador compreende pelo menos um dos seguin-tes: um simulador do reservatório, um simulador da rede detubulação, um simulador do processo, e um simulador do poço;eutilizar um otimizador com o modelo proxy para de-terminar as faixas de valor do parâmetro de desenho cujassaídas do modelo proxy correspondem aos dados observados.

20. Meio legível por computador, de acordo com areivindicação 18, CARACTERIZADO ainda pelo fato que compre-ende :utilizar o modelo proxy para calcular derivativosrelativos aos parâmetros de desenho do sistema físico paradeterminar as sensibilidades;utilizar o modelo proxy para computar as correla-ções entre os parâmetros de desenho e as saídas de pelo me-nos um simulador;classificar os parâmetros de desenho a partir domodelo proxy; eutilizar parâmetros selecionados validados a par-tir de pelo menos um simulador para as decisões de produção.utilizar um sistema de gerenciamento de decisãopara definir diversos parâmetros de controle do sistema fí-sico para corresponder aos dados observados;executar automaticamente pelo menos um simuladorao longo do grupo de parâmetros de desenho para gerar umasérie de saídas, sendo que as saídas representam as predi-ções de produção; ecoletar dados de caracterização em uma base de da-dos relacionai, sendo que os dados de caracterização compre-endem valores associados ao grupo de parâmetros de desenho evalores associados às saídas de pelo menos um simulador.

21. Meio legível por computador, de acordo com areivindicação 20, CARACTERIZADO ainda pelo fato que compreende :situar os parâmetros de desenho cujas sensibilida-des não estejam abaixo de um patamar e suas faixas a partirdo modelo proxy no sistema de gerenciamento da decisão, sen-do que os parâmetros de desenho cujas sensibilidades não es-tão abaixo do patamar são parâmetros selecionados; eativar o sistema de gerenciamento da decisão comoum otimizador global para validar os parâmetros selecionadosem pelo menos um simulador.