МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Директор физико-технического института
_______________________ //
______ ________________ 2016 г.
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 01.04.01 «Математика»,
магистерская программа «Математическое моделирование»,
Программа Академической магистратуры. Очная форма обучения
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Физико-технический институт
Кафедра моделирования физических процессов и систем
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов направления 01.04.01 «Математика»,
магистерская программа «Математическое моделирование»,
Программа Академической магистратуры. Очная форма обучения
Тюменский государственный университет
2016
«Специализированные пакеты прикладных программ»: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 01.04.01 «Математика», магистерская программа «Математическое моделирование», программа академической магистратуры, очная форма обучения. Тюмень, 2016 г, 13 стр.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВО с учетом рекомендаций и ПрОП ВО по направлению и профилю подготовки.
Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ Специализированные пакеты прикладных программ [электронный ресурс]/ Режим доступа: http://www. utmn. ru, раздел «Образовательная деятельность», свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой моделирования физических процессов и систем. Утверждено директором Физико-технического института.
.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: , к. ф.-м. н.,
заведующий кафедрой моделирования физических процессов и систем
© Тюменский государственный университет, 2016.
© Вершинин ВЕ. 2016.
1. Пояснительная записка
1.1. Цели и задачи дисциплины
Дисциплина «Специализированные пакеты прикладных программ» формирует у студентов представление о круге современных задачах, решаемых при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, а также о методах их решения. Сложность математических моделей фильтрации нефти в неоднородных пластах, а также значительный объем геологической и промысловой информации предопределяет использование современных вычислительных методов и информационных технологий при решении поставленных задач. При изучении дисциплины студент знакомится со всеми стадиями построения модели месторождения, связанными с гидродинамическим моделированием на современных симуляторах.
Решение практических задач формирует у студентов навыки построения математических моделей месторождений и анализа полученных решений. При этом непосредственно используются современные технологии трехмерной визуализации строения пласта и потоков жидкости. Чтение курса предполагает использование мультимедийных средств обучения для демонстрации геологических карт, диаграмм состояния флюидов, перетоков жидкости. Особенно эффективны средства мультимедиа для демонстрации потоков в режиме анимации. Обучение на практических занятиях строится на основе использования специализированных программ гидродинамического моделирования (Eclips, More и т. п.). Практические задания представляют собой мини-проекты, требующие той или иной корректировки, либо создаваемые студентом самостоятельно.
1.2.Место дисциплины в структуре образовательной программы
Дисциплина «Специализированные пакеты прикладных программ» – это дисциплина по выбору, которая входит в вариативную часть профессионального цикла.
Для ее успешного изучения необходимы знания и умения, приобретенные в результате освоения дисциплин ООП бакалавриата. Освоение дисциплины «Специализированные пакеты прикладных программ» необходимо для написания выпускной квалификационной работы.
Таблица 1.
Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин | Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
1 | Выпускная квалификационная работа | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения данной образовательной программы.
В результате освоения ОП выпускник должен обладать следующими компетенциями:
способностью к самостоятельной научно-исследовательской работе (ОПК-3);
1.4. Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:
- Терминологию, применяемую при описании и моделировании процесса разработки нефтяных и газовых месторождений физические допущения, лежащие в основе базовых математических моделей, используемых при описании фильтрационных течений; основные методы численного решения задач гидродинамического моделирования разработки нефтяных и газовых месторождений; общепринятые способы задания основных физических свойств пластовой системы; методики задания основных физических свойств жидких и газообразных углеводородов;
Уметь:
- создавать входные файлы гидродинамических моделей месторождений жидких и газообразных углеводородов на основе геологических моделей месторождения и данных лабораторных исследований образцов керна и проб нефти и газа; анализировать результаты гидродинамического моделирования, проводить адаптацию моделей на историю и делать прогнозные расчеты.
Владеть:
- методикой создания файлов с данными, необходимыми для запуска гидродинамических симуляторов; методикой проведения расчетов на гидродинамических симуляторах методами анализа результатов моделирования фильтрационных течений.
2. Структура и трудоемкость дисциплины.
Дисциплина «Специализированные пакеты прикладных программ» читается в втором, третьем семестре. Форма промежуточной и итоговой аттестации – зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 6 зачетных единицы, 216 академических часов, из них 72,4 часов, выделенных на контактную работу с преподавателем, 143,6 часа, выделенных на самостоятельную работу.
Таблица 2.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестры | |
2 | 3 | ||
Контактная работа: | |||
Аудиторные занятия (всего) | 72 | 36 | 36 |
В том числе: | |||
Лекции | |||
Практические занятия (ПЗ) | |||
Семинары (С) | |||
Лабораторные занятия (ЛЗ) | 72 | 36 | 36 |
Иные виды работ: | 0,4 | 0,2 | 0,2 |
Самостоятельная работа (всего): | 143,6 | 71,8 | 71,8 |
Общая трудоемкость зач. ед. час | 6 | 3 | 3 |
216 | 108 | 108 | |
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | зачет | зачет |
3. Тематический план
Таблица 3.
№ | Тема | недели семестра | Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час. | Итого часов по теме | Из них в интерактивной форме | Формы контроля | ||
Лекции | Лабораторные (практические) занятия | Иные виды работ | Самостоятельная работа | |||||
2 семестр | ||||||||
1 | Современные аспекты геологического и гидродинамического моделирования месторождений | 1-2 | 4 | 2,9 | 16 | |||
2 | Структура входных и выходных файлов модели | 3-8 | 12 | 2 | 20 | 3 | ||
3 | Статическое описание модели | 9-12 | 8 | 8 | 28 | 3 | лабораторная работа4 | |
4 | PVT свойства флюидов | 13-15 | 6 | 8 | 28 | 3 | лабораторная работа6 | |
5 | Фильтрационные свойства породы. | 16-18 | 6 | 0,2 | 8 | 16 | 3 | лабораторная работа7 |
Итого: | 36 | 0,2 | 71,8 | 143,6 | 12 | |||
3 семестр | ||||||||
6 | Емкостные свойства породы. | 1-4 | 8 | 8 | 12 | 3 | лабораторная работа7 | |
7 | Инициализация модели | 5-8 | 8 | 8 | 24 | 3 | лабораторная работа5 | |
8 | Описание скважин и их режимов работы | 9-12 | 8 | 8 | 28 | 3 | лабораторная работа11,13 | |
9 | Адаптация модели. Прогнозирование. Оптимизация добычи | 13-18 | 12 | 0,2 | 8 | 44 | 3 | лабораторная работа8.10,12 |
Итого: | 36 | 0,2 | 71,8 | 71,8 | 12 | |||
Итого: | 72 | 0,4 | 143,6 | 143,6 | 24 | |||
Из них в интерактивной форме | 24 | 24 |
4. Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
Таблица 4.
№ темы | Устный опрос | Письменные работы | Итого количество баллов | |||
собеседование | ответ на лабораторном занятии | контрольная работа | решение задач на практическом занятии | выполнение домашнего задания | ||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
Современные аспекты геологического и гидродинамического моделирования месторождений | + | - | - | - | - | - |
| Структура входных и выходных файлов модели | + | + | + | + | - | - |
Статическое описание модели | + | + | + | + | - | - |
| PVT свойства флюидов | + | + | + | + | - | - |
| Фильтрационно - емкостные свойства породы. | + | + | + | + | - | - |
Инициализация модели | + | + | + | + | - | - |
| Описание скважин и их режимов работы | + | + | + | + | - | - |
Адаптация модели. Прогнозирование. Оптимизация добычи | + | + | + | + | - | - |
5. Содержание дисциплины.
Современные аспекты геологического и гидродинамического моделирования месторожденийЗадачи моделирования. Требования к модели. Геологическая модель месторождения Модель материального баланса. Одно, двух и трехмерные модели. Основные уравнения одно и многофазной фильтрации. Уравнения притока к скважине. Явный, неявный и комбинированный методы численного решения систем уравнений фильтрации. Начальные и граничные условия в гидродинамическом моделировании месторождений
2. Структура входных и выходных файлов модели
Общая характеристика информации о модели, ее классификация по разделам. Структура входного файла Минимальный набор геологической и промысловой информации. Принцип работы гидродинамических симуляторов. Структура выходных файлов. Унифицировнные и неунифицированные файлы. Перезапуски моделирования. Restart-файлы. Создание клонов и копий. Основные и дополнительные возможности симулятора Eclipse.
3. Статическое описание модели
Типы геометрического описания месторождения. Разбиение на ячейки. Разломы. Несоседние соединения. Проблема корректного описания перетоков между ячейками. Области раздельного подсчета запасов и их задание. Задание физических свойств породы. Пористость, проницаемость. Методы усреднения. Задание свойств при укрупнении сетки. Интерполяция данных по скважинам. волн в неограниченном пространстве. Задача с данными на характеристиках. Метод Римана решения задачи Коши для гиперболического у
4. PVT свойства флюидов.
Описание равновесных свойств воды, нефти и газа. Запись уравнений состояния с помощью таблиц объемного коэффициента. Процессы фазовых переходов, растворения газа в жидкости и их описание. Комбинации фаз, модели черной нефти. Модель мертвой нефти.
5.Фильтрационно - емкостные свойства породы.
Основные типы пород и их физические свойства. Сжимаемость породы. Относительные фазовые проницаемости породы. Методы определения кривых ОФП. Масштабирование кривых ОФП. Кривые капиллярного давления. Пропитка и дренаж. Гистерезис кривых капиллярного давления. Функция Леверетта.
6. Инициализация моделиПонятие инициализации. Метод уравновешивания. Инициализация перечислением и Restart –запусками. Опции вертикального уравновешивания.
7. Описание скважин и их режимов работы.
Задание местоположения и дебитов скважин. Управление режимами работы скважин. Ограничения на работу скважин, групп и месторождения в целом. Ремонт, бурение новых скважин. Режимы течения в скважинах. Потери давления в скважине.
8. Адаптация модели. Прогнозирование. Оптимизация добычи.
Адаптация модели к истории разработки. Анализ чувствительности модели. Прогнозирование и оптимизация работы скважин.
6. Планы практических занятий.
Практические занятия не предусмотрены учебным планом.
7. Темы лабораторных работ (Лабораторный практикум).
Тема 1. Структура входных и выходных файлов модели. (4 часа).
Тема 2. Стандартные функции Eclipse. (4 часа).
Тема 3. Создание модели. Импортирование данных (4 часов)
Тема 4. Создание модельной сетки методами Eclipse. (8 часов)
Тема 5. Построение кривых капиллярного давления. (4 часа).
Тема 6. Использование корреляций для задания PVT свойств флюидов. (4 часа)
Тема 7. Построение и модификация кривых фазовой проницаемости. (8 часов).
Тема 8.: Адаптация модели с использованием SimOpt. (8 часов)
Тема 9.: . Моделирование линий тока. Метод FrontSim. (4 часа)
Тема 10.: Локальное измельчение сетки. (8 часов)
Тема 11. Анализ конусообразования вблизи скважин. (4 часа).
Тема 12. Моделирование различных систем разработки. (8 часов).
Тема 13. Потери давления в скважинах. (4 часа).
8. Примерная тематика курсовых работ
Курсовые работы не предусмотрены учебным планом.
9. Учебно-методическое обеспечение и планирование самостоятельной работы студентов.
Таблица5.
№ | Модули и темы | Виды СРС | Неделя семестра | Объем часов | Кол-во баллов | |
обязательные | дополнительные | |||||
1 | Современные аспекты геологического и гидродинамического моделирования месторождений | Подготовка к выполнению лабораторной работы | работа с литературой | 1-2 | 2,9 | - |
2 | Структура входных и выходных файлов модели | Подготовка к выполнению лабораторной работы | работа с литературой | 3-4 | 2 | - |
3 | Статическое описание модели | Подготовка к выполнению лабораторной работы | работа с литературой | 5-6 | 8 | - |
4 | PVT свойства флюидов | Подготовка к выполнению лабораторной работы | работа с литературой | 7-10 | 8 | - |
5 | Фильтрационно - емкостные свойства породы. | Подготовка к выполнению лабораторной работы | работа с литературой | 11-12 | 8 | - |
6 | Инициализация модели | Подготовка к выполнению лабораторной работы | работа с литературой | 13-14 | 8 | |
7 | Описание скважин и их режимов работы | Подготовка к выполнению лабораторной работы | работа с литературой | 15-16 | 8 | |
8 | Адаптация модели. Прогнозирование. Оптимизация добычи | Подготовка к выполнению лабораторной работы | работа с литературой | 17-18 | 8 | |
ИТОГО: | 52,9 |
10.Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля).
10.1 Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной программы (выдержка из матрицы компетенций):
способностью работать самостоятельно, заботой о качестве, стремлением к успеху (ОК-6);
умение ориентироваться в современных алгоритмах компьютерной математики, совершенствовать, углублять и развивать математическую теорию, лежащую в их основе (ПК-7).
способность к творческому применению, развитию и реализации математически сложных алгоритмов в современных программных комплексах (ПК-9);
10.2 Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формирования, описание шкал оценивания:
Таблица 6.
Карта критериев оценивания компетенций
Код компетенции | Критерии в соответствии с уровнем освоения ОП | Виды занятий (лекции, семинар ские, практические, лабораторные) | Оценочные средства (тесты, творческие работы, проекты и др.) | ||
пороговый (удовл.) 61-75 баллов | базовый (хор.) 76-90 баллов | повышенный (отл.) 91-100 баллов | |||
ОК-6 | Знает: основные задачи в области гидродинамического моделирования | Знает: основные задачи в области гидродинамического моделирования и физические законы теории фильтрации | Знает: основные задачи в области гидродинамического моделирования, физические законы теории фильтрации, методы получения информации о свойствах пласта и флюидов. | лекции, лабораторные занятия, самостоятельная работа | контрольная работа, лабораторная работа, зачет |
Умеет: производить запуск расчета модели и выгружать результаты расчета | Умеет: создавать расчетные файлы, (дополнительно к минимальному уровню) | Умеет: проводить анализ результатов моделирования, находить оптимальные режимы разработки месторождений (дополнительно к минимальному и базовому уровням) | |||
Владеет: приемами и методами редактирования данных в теле файла модели | Владеет: приемами и методами анализа исходных данных, (дополнительно к минимальному уровню) | Владеет: приемами и методами построения численных моделей фильтрационных течений и исследования результатов моделирования (дополнительно к минимальному и базовому уровням) | |||
ПК-9 | Знает: основные понятия численных методов решения задач теории фильтрации | Знает: простейшие модели фильтрационных течений, и численные методы их исследования (дополнительно к минимальному уровню) | Знает: основные модели фильтрационных течений; формулировки важнейших утверждений, возможные сферы их приложения (дополнительно к минимальному и базовому уровням) | лекции, лабораторные занятия, самостоятельная работа | контрольная работа, лабораторная работа, зачет |
Умеет: пользоваться основными понятиями | Умеет: интерпретировать результаты исследования простейших задач (дополнительно к минимальному уровню) | Умеет: самостоятельно проанализировать и объяснить характер поведения фильтрационного течения (дополнительно к минимальному и базовому уровням) | |||
Владеет: навыками использования понятий | Владеет: навыками интерпретации результатов исследования простейших задач (дополнительно к минимальному уровню) | Владеет: навыками анализа и объяснения характера поведения фильтрационного течения (дополнительно к минимальному и базовому уровням) | |||
ПК-7 | Знает: о возможности применения компьютерной математики при исследовании задач теории фильтрации | Знает: типовые алгоритмы решения задач теории фильтрации с помощью систем компьютерной математики (дополнительно к минимальному уровню) | Знает: математическую теорию, лежащую в основе алгоритмов аналитического и численного исследования задач теории фильтрации с помощью систем компьютерной математики (дополнительно к минимальному и базовому уровням) | лекции, лабораторные занятия, самостоятельная работа | контрольная работа, лабораторная работа, зачет |
Умеет: применять системы компьютерной математики при решении простейших задач | Умеет: пользоваться при аналитическом и численном исследовании фильтрационных течений с помощью современных систем компьютерной математики (дополнительно к минимальному уровню) | Умеет: самостоятельно разрабатывать алгоритмы аналитического и численного исследования фильтрационных течений с помощью современных систем компьютерной математики (дополнительно к минимальному и базовому уровням) | |||
Владеет: навыками применения систем компьютерной математики при решении простейших задач | Владеет: навыками использования возможностей современных систем компьютерной математики для аналитического и численного исследования фильтрационных течений (дополнительно к минимальному уровню) | Владеет: методами и приемами построения алгоритмов аналитического и численного исследования фильтрационных течений с помощью современных систем компьютерной математики (дополнительно к минимальному и базовому уровням) |
10.3 Типовые контрольные задания или иные материалы, необходимые для оценки знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности, характеризующей этапы формирования компетенций в процессе освоения образовательной программы.
1. Построение геометрической области моделирования заданной конфигурации с помощью ключевых слов в рамках блочно-центрированной модели (прямоугольный параллелепипед, цилиндр, тело произвольной формы).
2.Импортирование в модель данных о физических свойствах флюидов и пласта из файлов с данными лабораторных исследований (файлы предоставляются преподавателем).
3 Выгрузка и анализ результатов гидродинамического моделирования (представить результаты моделирования в виде графиков, набор параметров определяется преподавателем).
4. Создание клонов моделей и организация множественных перезапусков расчета (создать клоны исходной модели. реализовать моделирование при различных показателях добычи).
5. Организация режимов разработки в соответствии с представленным графиком (организовать с помощью ключевых слов моделирование добычи флюидов в соответствии с графиком добычи, предоставленным преподавателем).
10.4 Методические материалы, определяющие процедуры оценивания знаний, умений, навыков и (или) опыта деятельности характеризующих этапы формирования компетенций.
Примерные вопросы к зачету.
1. Геологическая и гидродинамическая модели месторождения. Основные наборы данных.
2. Одно, двух и трехмерные модели. Модели одно, двух и трехфазной фильтрации. Модель черной нефти. Основные уравнения многофазной 1,2,3-мерной фильтрации. Уравнения притока к скважине
3. Понятие о численных методах решения уравнений в частных производных. Явный и неявный методы решения систем уравнений фильтрации.
4. Задание начальных и граничных условий модели
5.Структура входного файла в Eclipse.
6.Основные типы выходных файлов
7. Создание быстрых restart запусков. Копирование и создание клонов модели
8. Структура и назначение основных программных продуктов Geo Quest. Технологическая цепочка гидродинамического моделирования месторождений.
9. Типы геометрического описания месторождения. Корректное задание разломов
10. Задание физических свойств породы в ячейках. Методы усреднения.
11. Задание равновесных свойств воды, нефти и газа.
12. Фазовые переходы при добыче нефти и газа.
13.Основные комбинации фаз при моделировании месторождения. Модель «мертвой» и «живой» нефти и ее описание в Eclipse.
14. Основные типы пород, задание их свойств.
15.Относительная фазовая проницаемость. Ее задание. Масштабирование концевых точек кривых ОФП.
16.Кривые капиллярного давления. Гистерезис. Функция Леверетта.
17.Методы инициализации модели. Стабилизация модели. Опции начальной инициализации.
18.Описание скважин и режимов их работы.
19.Адаптация модели к истории разработки. Анализ чувствительности модели.
20. Прогнозирование и оптимизация работы скважин. Экономические ограничения на работу скважин.
11. Образовательные технологии.
При изучении дисциплины «Моделирование процессов фильтрации с использованием пакета Eclipse» используются следующие образовательные технологии:
– аудиторные занятия (лекционные и лабораторные занятия);
– внеаудиторные занятия (самостоятельная работа, индивидуальные консультации).
В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Моделирование процессов фильтрации с использованием пакета Eclipse» предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий:
– лабораторные занятия в диалоговом режиме;
– компьютерное моделирование и практический анализ результатов;
– научные дискуссии;
– работа в малых группах по темам, изучаемым на лабораторных занятиях.
12. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля).
12.1 Основная литература:
1. , , Вольф и численные методы решения задач подземной гидродинамики. Тюмень, ТюмГУ 2010.
12.2 Дополнительная литература:
1.Азиз Х, Сеттари, Э. Математическое моделирование пластовых систем М. Недра 1982
2. , , Движение жидкостей и газов в природных пластах. М. Недра 1984
3. изические основы технологии добычи нефти М. ГОНТИ 1953.
4 , , Бахтизин процессов нефтегазодобычи. М. ИКИ 2004.
5. , , Физика нефтяного и газового пласта. – М.: Недра, 1982. – 310 с.
6. Чарный гидрогазодинамика, М.: Гостоптехиздат, 1963. – 396 с.
7.eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary. ru/
8.Единое окно доступа к образовательным ресурсам: http://window. edu. ru/window/
9.Федеральный портал «Российское образование»: http://www. edu. ru/
13. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости).
Для работы на занятиях необходим пакет программ Eclipse 2004 (или выше).
14. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля).
Аудитория с мультимедийным оборудованием для лекционных и практических занятий.
15. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины (модуля).
