Система автоматизированного обучения базовым навыкам управления технологическим процессом
Полезная модель относится к автоматизированным средствам обучения и может быть использована в компьютерных средствах обучения специалистов по моделированию и проектированию разработки, в частности, газовых залежей, контроля их знаний и навыков рационального размещения эксплуатационных скважин. Система содержит блок формирования гидродинамической модели залежи, являющийся входом системы, подключенный к блоку разбиения залежи на ячейки для размещения скважин, выход которого подключен к входу блока оценки геологических запасов каждой ячейки, выходы которого подсоединены к входам блока оптимизации вариантов размещения скважин и блока формирования тестового варианта размещения скважин, выходы которых, соответственно, подсоединены к блоку формирования экспертного варианта размещения скважин и блоку расчета коэффициента извлечения газа для тестового и экспертного вариантов размещения скважин, причем ко второму входу последнего блока подключен выход блока формирования экспертного варианта размещения скважин, а его выход подсоединен к входу блока сравнения и анализа, выход которого подключен к входу блока формирования гидродинамической модели залежи. Технический результат: система позволяет обеспечить высокий уровень подготовки специалистов по моделированию и проектированию разработки, преимущественно, газовых залежей.
Полезная модель относится к автоматизированным средствам обучения и может быть использована в компьютерных средствах обучения специалистов по моделированию и проектированию разработки, в частности, газовых залежей, контроля их знаний и навыков рационального размещения эксплуатационных скважин.
Известна система изучения информации с использованием интерактивной среды, содержащая блоки для хранения, передачи и управления информацией, блок анализа и оценки правильности ответов обучаемого с использованием информации, хранящейся в блоке памяти (RU 16967, G09B 19/00, 2000).
Указанная система не предусматривает изменения сценария в зависимости от степени усвоения материала, что отражается на качестве обучения.
Также известна система, реализующая способ автоматизированной
подготовки и аттестации, содержащая, по меньшей мере, один проблемно-ориентированный программно-технический комплекс на базе интеллектуального интерфейса, поддерживающего в режиме диалога автоматизированные циклы обучения и контроля знаний обучающихся, информационные входы и выходы которого соединены со всеми элементами системы, функционирование которой основано на адаптируемых автоматизированных циклах обучения и контроля знаний с использованием формализованных знаний и опыта квалифицированных специалистов с применением текстово-графических процедур логики принятия решений специалистами (RU 2166211, G09B 19/00, 1999).
Однако известное устройства не может быть использовано для обучения и подготовки инженерного и научного персонала сложных технических и технологических систем, предусматривающих участие в управлении такими системами человека.
Кроме того, известные системы обучения при контроле знаний базируются на использовании опорной информации, формируемой обучающим, т.е. преподавателем (наставником), что не позволяет их использовать для обучения и подготовки специалистов, обслуживающих сложные технические систем, такие, как моделирование и проектирование разработки газовых залежей.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание системы автоматизированного обучения базовым навыкам проектирования разработки, преимущественно, газовых залежей, а именно навыкам рационального размещения эксплуатационных скважин, позволяющей выявлять причины различной эффективности решений, принимаемых обучаемым, и решений, предлагаемых компьютерной системой, и таким образом, имитировать действия эксперта, что обеспечит высокий уровень качества обучения.
Поставленная задача достигается тем, что система автоматизированного обучения базовым навыкам управления технологическим процессом, преимущественно проектированием разработки газовых залежей, содержит блок формирования гидродинамической модели залежи, являющийся входом системы, подключенный к блоку разбиения залежи на ячейки для размещения скважин, выход которого подключен к входу блока оценки геологических запасов каждой ячейки, выходы которого подсоединены к входам блока оптимизации вариантов размещения скважин и блока формирования тестового варианта размещения скважин, выходы которых, соответственно, подсоединены к блоку формирования экспертного варианта размещения скважин и блоку расчета коэффициента извлечения газа для тестового и экспертного вариантов размещения скважин, причем к второму входу последнего блока подключен выход блока формирования экспертного варианта размещения скважин, а его выход подсоединен к входу блока сравнения и анализа, выход которого подключен к входу блока формирования гидродинамической модели залежи.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем.
Поиск рационального размещения скважин относится к числу основных проблем, решаемых на стадии проектирования разработки месторождений нефти и газа. Решение этой задачи, в конечном итоге, направлено на обеспечение максимальных объемов добычи углеводородных ресурсов. Это вызывает необходимость в учете значительного числа природных факторов, оказывающих различное влияние на эффективность той или иной схемы размещения. Трудности решения этой задачи резко возрастают при сложной геометрии продуктивного пласта и его сложном геологическом строении. Способ автоматизированного обучения навыкам моделирования и проектирования
разработки газовых залежей имитирует действия специалистов (экспертов) и, следовательно, позволяет обучаемому сравнить свои решения с решениями эксперта, в роли которого выступает компьютерная система обучения. Автоматизированная процедура формирования рационального размещения скважин на продуктивной залежи, представляющая собой ядро способа автоматизированного обучения навыкам моделирования и проектирования разработки газовых залежей, базируется на тесном взаимодействии моделей фильтрации, реализованных в симуляторе, и алгоритмов оптимизации, реализованных в виде компьютерных программ.
Автоматизированная процедура формирования рационального размещения скважин основана на формулировке задачи размещения скважин в виде модели линейного целочисленного программирования, что позволяет для ее решения применять стандартные методы дискретной оптимизации. В качестве критериев рационального размещения скважин используются эвристические правила, испытанные многолетней практикой разработки месторождений углеводородов. А именно, схема размещения скважин должна обеспечить:
а) наименьшее расстояние скважин до любой точки пласта и примерное равенство областей дренирования скважин, что направлено на максимально возможный охват пласта воздействием;
б) максимально возможное приближение скважин к участкам пласта, имеющим большие значения эффективности.
Часто проблему рационального размещения скважин сводят к поиску оптимальной плотности сетки скважин (оптимального расстояния между скважинами). Очевидно, что такая трактовка рационального размещения скважин не является всеобъемлющей. Например, при существенной изменчивости фильтрационно-емкостных свойств пласта по площади и объему, а также при сложной геометрической форме продуктивной площади приходится использовать неравномерные
(нерегулярные) сетки, способные в большей степени учитывать неоднородность пласта и его геометрию. Процедура формирования вариантов расстановки скважин, которая является основной компонентой способа автоматизированного обучения навыкам моделирования и проектирования разработки газовых залежей, позволяет строить именно неравномерные сетки скважин.
Предлагаемая система автоматизированного обучения базовым навыкам проектирования разработки газовых залежей реализуется в виде компьютерной системы формирования вариантов разработки, отличающихся схемой размещения скважин на газоносной площади. Система включает базу геологических данных (набор геолого-математических моделей продуктивных пластов), программный комплекс по гидродинамическому моделированию (симулятор), программу, реализующую алгоритм решения задач линейной целочисленной оптимизации. Система предусматривает сравнение эффективности решений предлагаемых обучаемым, с решениями, полученными с помощью формализованных процедур и позволяет выявить причины различной эффективности решений, принимаемых обучаемым, и решений, предлагаемых компьютерной системой. Тем самым, обеспечивается возможность заполнить существующий пробел между теоретическими основами проектирования разработки газовых залежей и возможностями современных информационных технологий.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображена общая схема автоматизированной системы обучения.
Система содержит блок формирования гидродинамической модели залежи 1, блок разбиения залежи на ячейки для размещения скважин 2, блок оценки геологических запасов каждой ячейки 3, блок формирования тестового варианта размещения скважин 4, блок оптимизации вариантов размещения скважин 5, блок формирования экспертного варианта
размещения скважин 6, блок расчета коэффициентов извлечения газа для тестового и экспертного вариантов размещения скважин 7, блок сравнения и анализа вариантов размещения 8, предусматривающий корректировку гидродинамической модели.
Автоматизированная процедура формирования вариантов расстановки скважин состоит из нескольких стадий. На первой стадии залежь, представленная геолого-математической моделью, разбивается (возможно, обучаемым) на блоки одинаковой площади. Если предполагается применение горизонтальных скважин, то размеры каждого блока должны позволять размещение в нем горизонтального участка скважины в любом направлении. При этом считается, что длина горизонтального участка относится к числу заданных параметров. На второй стадии с помощью пакета по геологическому моделированию оцениваются геологические запасы углеводородных ресурсов каждого блока. На третьей стадии на основе полученных оценок рассчитывается показатель «полезности» каждого блока («вес» блока) с точки зрения размещения в этом блоке забоя скважины. На четвертой стадии с помощью алгоритма дискретной оптимизации определяется вариант размещения скважин, т.е. набор блоков, содержащих забои скважин.
При функционировании предлагаемой системы реализуется процесс автоматизированного обучения навыкам моделирования и проектирования разработки газовых залежей, который можно представить следующей последовательностью действий обучаемого:
1) исходя из предлагаемой преподавателем геолого-математической модели залежи и дополнительной информации, необходимой для функционирования пакета по гидродинамическому моделированию (симулятор), обучаемый с помощью симулятора строит гидродинамическую модель залежи (блок 1);
2) учитывая минимально допустимое расстояние между скважинами, и, зная число скважин, которое требуется разместить, обучаемый разбивает площадь залежи, представленной гидродинамической моделью, на ячейки, в каждой из которых возможно размещение забоя скважины (блок 2);
3) используя процедуры симулятора, обучаемый рассчитывает геологические запасы газа каждого блока (блок 3);
4) учитывая всю имеющуюся информацию, обучаемый размещает заданное число скважин на газоносной площади, используя средства визуализации, предлагаемые симулятором, т.е. формирует «тестовый вариант» размещения скважин (блок 4)
5) используя в качестве исходных данных распределение запасов газа между ячейками, задавая координаты ячеек, а также «оценки важности» показателей «запасы» и «расстояния» (в % или долях единицы), обучаемый обращается к автоматизированной процедуре формирования вариантов размещения заданного числа скважин (блок оптимизации) (блок 5);
6) блоком оптимизации формируется «экспертный вариант» расстановки скважин блок 6);
7) для «тестового варианта» и «экспертного варианта» размещения скважин, дополняя имеющуюся гидродинамическую модель необходимой информацией (параметрами, характеризующими режим работы скважин), обучаемый с помощью симулятора, вычисляет коэффициент извлечения газа (КИТ) за весь срок разработки для тестового варианта» и «экспертного варианта» (блок 7)
8) обучаемый сравнивает значение КИТ «экспертного варианта» со значением КИТ своего «тестового варианта» и анализирует причины расхождения в значениях КИТ; если КИТ «тестового варианта» оказался меньше КИТ «экспертного варианта», то преподаватель производит
корректировку геолого-математической модели (блок 8), возвращая процесс обучения к его первому этапу (пункт 1).
Описываемое решение позволяет обеспечить высокий уровень подготовки специалистов по моделированию и проектированию разработки газовых залежей, что является необходимым условием формирования этими специалистами проектов разработки газовых месторождений, направленных на достижение высоких значений технико-экономических показателей процессов освоения месторождений природного газа.
Система автоматизированного обучения базовым навыкам управления технологическим процессом, преимущественно проектированием разработки газовых залежей, характеризующаяся тем, что она содержит блок формирования гидродинамической модели залежи, являющийся входом системы, подключенный к блоку разбиения залежи на ячейки для размещения скважин, выход которого подключен к входу блока оценки геологических запасов каждой ячейки, выходы которого подсоединены к входам блока оптимизации вариантов размещения скважин и блока формирования тестового варианта размещения скважин, выходы которых соответственно подсоединены к блоку формирования экспертного варианта размещения скважин и блоку расчета коэффициента извлечения газа для тестового и экспертного вариантов размещения скважин, причем ко второму входу последнего блока подключен выход блока формирования экспертного варианта размещения скважин, а его выход подсоединен к входу блока сравнения и анализа, выход которого подключен к входу блока формирования гидродинамической модели залежи.
