Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 [ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121

числения корреляционной размерности по известной методике Паккарда-Такенса. Отметим, что процедура Паккарда-Такенса позволяет, кроме всего прочего, идентифицировать, каким является источник случайных сигналов - детерминированным или «шумовым». Если диагностируется детерминированный хаос, то это означает, что система управляема, т. е. что некоторым изменением параметров можно упорядочить ее движение.

Как показывает анализ, графики временных рядов замеров, снятых при нормальной работе объектов нефтегазодобычи, часто имеют фрактальную структуру (наподобие береговой линии), что, по-видимому, является следствием пространственно-временной фрактальности явлений, определяющих эволюцию рассматриваемых систем. Исходя из этого, предложено использовать фрактальные характеристики временных рядов замеров - размерность Хаусдорфа и показатель Херста - в качестве диагностических критериев, определяющих состояние объектов управления.

Теория самоорганизации показывает, что траектория в фазовом пространстве, описывающая эволюцию системы со сложно организованной внутренней структурой, оказывается очень чувствительной к малым возмущениям, обладая многими точками бифуркации.

В такой ситуации резко возрастает роль малых величин и эффектов, которые, будучи задействованы вовремя, позволяют управлять процессами самоорганизации, направляя их желательным образом (как маленький «целенаправленный» ослик, который, будучи привязан к хвосту огромного буйствующего быка, может незаметно привести его к нужному для ослика месту). Малые эффекты играют роль спускового крючка, запускающего в действие скрытые резервы систем. В этом механизме заключается причина часто наблюдаемого, но труднообъяснимого влияния малых физических полей на технологические процессы. В связи с отмеченным нами приводится ряд примеров использования физических полей в нефтегазодобыче.

Из-за отсутствия надежных теоретических предпосылок модели сложных систем имеют, как правило, идентификационный характер. Это означает, что структура моделей и их параметры восстанавливаются (как характеристики «черного ящика») на основе анализа промышленно-экспе-риментальной информации путем постановки и решения обратных задач.

Проблема заключается в том, что многие обратные задачи являются некорректно поставленными из-за неустойчивости их решений относительно неизбежных погрешностей замеров. Для преодоления этого затруднения необходимо создавать регуляризующие (т. е. помехоустойчивые) алгоритмы идентификации математических моделей технологических процессов.

Во второй главе монографии рассмотрены наиболее часто встречающиеся типы обратных задач. Опыт практических расчетов позволил авторам найти ряд эффективных алгоритмов решения обратных задач, описание которых приводится в книге.

Как показывает опыт, излишнее усложнение модели может привести к неустойчивости алгоритмов идентификации и лишить идентификационную модель предсказательной силы. Здесь должен быть применен известный принцип оккамистов: «entia praeter necessitatem non esse multiplicanda» («сущности не должны быть умножаемы сверх необходимости»). В связи с этим авторы уделяют повышенное внимание вопросам выбора оптимальной сложности идентифицируемой модели. Эта проблема не может быть до конца формализована, поэтому для ее решения в монографии предлагается использовать методы нечеткой логики. Вообще, некорректные задачи в последовательной постановке с неизбежностью приводят к необходимости использования нечеткой терминологии. Однако в существующей литературе на это обстоятельство обращается мало внимания. Авторы в какой-то мере восполняют этот пробел, рассматривая нечеткие алгоритмы решения некорректно поставленных задач. Рассмотренные в монографии методы решения обратных задач иллюстрируются рядом примеров.

Много внимания уделяется построению и идентификации малопараметрических холистических (от англ. whole - «целое») моделей процессов нефтегазодобычи, позволяющих получить целостное описание систем и избежать неустойчивости решения обратных задач, связанных с излишней сложностью моделей.

Привлекается также внимание к богатым возможностям, которые может дать использование пассивных экспериментов, т. е. данных, полученных в результате наблюдения за нормальной эксплуатацией объектов управления. Поскольку активные эксперименты в промысловых условиях проводятся (в силу множества объективных и субъективных причин) крайне редко, пассивные эксперименты оказываются, по существу, единственным реальным источником обновления информации. И здесь регуляри-зующие помехоустойчивые алгоритмы решения обратных задач оказываются особенно ценными, поскольку анализ данных нормальной эксплуатации есть, по существу, «анализ шумов».

Третья глава посвящена вопросам моделирования движения сложно построенных сред. Наиболее важными здесь, на наш взгляд, являются разделы, в которых показано, что движение реофизически сложных сред сопровождается процессами самоорганизации, которые могут привести к образованию диссипативных структур и смене детерминированного поведения хаотическим. Установлены закономерности переходов, которые могут быть использованы при назначении оптимальных режимов функционирования систем нефтегазодобычи и создании реотехнологических способов воздействия на них.

Поведение реофизически сложных систем во многом определяется происходящими в них релаксационными процессами. В современной механике релаксация описывается обычно путем введения взаимопроникающих сред, обменивающихся друг с другом массой или энергией (модели

трещиновато-пористой среды, «активной» и «неактивной» насыщенности, теплопроводности в многокомпонентных средах и т. д.).

Идейно эти модели тесно связаны с описанием релаксирующих систем, данным де Гроотом. Согласно последнему явление релаксации в физической системе можно описать как перенос энергии между двумя подсистемами, имеющими разность температур. Эти подсистемы заполняют одно и то же пространство, и поэтому в любой точке системы существуют две температуры, не равные друг другу, и вся система не находится в состоянии термодинамического равновесия. Так, например, в феноменологической теории парамагнитной релаксации такими подсистемами являются спин-система и кристаллическая решетка. В теории акустической релаксации вся система разделяется на внутреннюю, или вибрирующую, систему и на внешнюю, или трансляционную, подсистему. В газовом разряднике такими подсистемами являются ионы и электроны.

Релаксационные явления в реофизически сложных средах связаны с взаимодействием структурных единиц, образующих иерархию взаимопроникающих подсистем различной сложности, причем эволюция на каждом уровне организации определяется своим характерным временем релаксации.

В монографии показано, что иерархия времен релаксации реофизи-чески сложных сред масштабно-инвариантна, т. е. имеет фрактальную структуру. Это приводит к тому, что эволюция системы в целом описывается достаточно простыми зависимостями, имеющими универсальный характер. Отмеченное обстоятельство существенно упрощает моделирование релаксационных процессов в реофизически сложных средах и экспериментальное определение релаксационных характеристик. Получено, что в ряде случаев самоподобность релаксационных процессов может привести к алгебраическому закону затухания и, тем самым, к необходимости использования реологических моделей и уравнений состояния, содержащих дробные производные. Выведены уравнения движения реофизически сложных сред, учитывающие временную фрактальность процессов релаксации.

Из полученных в монографии результатов можно сделать вывод о том, что нефтяной пласт должен рассматриваться в качестве открытой, диссипативной системы, способной к самоорганизации и содержащей огромный источник непознанной и потому невостребованной энергии. По-видимому, самоорганизующийся пласт во многих случаях в состоянии «настраиваться» на оптимальный режим функционирования.

В четвертой главе монографии рассмотрены необычайно интересные и практически важные явления, имеющие место при движении газожидкостных систем в предпереходных условиях, т. е. в области давлений, близких к давлению фазового перехода (чуть выше давления насыщения жидкости газом или давления конденсатообразования в газоконденсатных системах). В этих областях происходит аномальное изменение реологических, теплофизических и релаксационных свойств газожидкостных систем.