CN105849361A - 针对累积注气优化的流量控制装置性能 - Google Patents

Abstract

提供一种用于确定注气井的流量控制装置(FCD)性能的计算机实施方法、***和计算机程序产品，所述性能将得到根据目标注气廓线的规定的注气前缘形状。基于一段时间内所述注气井中的注入的气体流量分布的模拟结果对FCD分布函数进行调整。重复所述FCD分布函数的所述模拟和产生的调整，直至使用所述调整的流量控制装置分布函数获得的驱出的油体积前缘形状与目标注气廓线之间达到在预定的汇聚范围内的汇聚。然后基于所述调整的FCD分布函数确定所述FCD性能。

Description

针对累积注气优化的流量控制装置性能

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年1月24日提交的标题为“Optimized FlowControl Device Properties for Accumulated Gas Injection”的美国临时专利申请号61/931,238的权益，该临时专利申请以引用的方式整体并入本文中。

背景

1.领域

本公开总体上涉及地下矿藏的开采，且更具体地说，涉及用于对一个或多个流量控制装置沿注气井的布置和其它性能进行优化以达到提高储层开采率的目的的方法和***。

2.相关技术的讨论

随着地层中的石油和天然气生产，储层中的剩余油气可能会因地层中的压力已减小而被截留，使得生产显著放缓或完全停止。注气指的是石油工业中的方法，该方法使用注气井来将气体注入储层从而增加压力并刺激生产。例如，在某些情况下，注入的气体有效地卷走地层中的剩余石油，并且将油推向生产井，因此得以长期将生产率和压力保持不变。

然而，注气井常常由于一个或多个区域承受过大的注入速率和体积而遭受注入的气体的不平衡布置。这种情况的主要原因是沿井筒的渗透率差异或漏失层。例如，水平井通常在跟端位置处具有较高的注入流率或生产流率。在注入率不平衡的情况下，可能出现问题，包括生产井处的无效储层排放和过早见气。因此，需要解决方案来克服注入的气体的不平衡布置。

附图简述

下面参考以引用的方式并入本文中的附图来详细描述本公开的说明性实施方案，并且其中：

图1为描绘根据公开的实施方案的水平注入井的示例性方案的图解；

图2为指示与根据公开的实施方案的注气井有关的驱出的油体积边界的几何形状的实例的图解；

图3为描绘计算机实施方法的实例的流程图，该方法用于确定得到根据公开的实施方案的规定的注入前缘形状的最佳流量控制装置性能；

图4为图示描绘根据公开的实施方案的沿井筒的储层渗透率变化的图表的实例的图解；

图5为图示描绘根据公开的实施方案的沿井筒的气体前缘廓线的图表的实例的图解；

图6为图示描绘最佳流量控制装置流渗透函数f(z)的图表的实例的图解，该函数得到根据公开的实施方案的所需的累积注气廓线；

图7为图示描绘根据公开的实施方案的沿井筒长度的最佳流量控制装置喷嘴大小分布的图表的实例的图解；并且

图8为图示用于实施公开的实施方案的示例性计算机***的框图。

详述

如上所述，注气井常常由于一个或多个区域承受过大的注入速率和体积而遭受注入的气体的不平衡布置。根据公开的实施方案，一种用于对抗该不平衡的方法是沿注气井使用一个或多个流量控制装置(FCD)来平衡注入到地层中的气体。为了提高油气开采率，完成设计必须将可能影响生产的各种因素纳入考虑，所述因素包括但不限于：从跟端到趾端的下降，其它井的位置以及储层异质性。除此之外，为了实现最佳生产率，需要将FCD设计与解释储层和井筒的物理特性的模型相关联。此外，该模型必须预测驱出的油体积的依时性膨胀动态。

如本文所提及，流量控制装置为联接至井筒的任何装置，该装置引起井筒与储层之间的压降，以减小流量控制装置的位置处井筒与储层之间的流量。举例来说，在某些实施方案中，本领域中已知的流入控制装置(ICD)可与注气井结合使用来平衡注入到地层中的气体。在这种情况下，ICD将充当与流入控制装置相反的注入控制装置，因为所述ICD将执行反向动作，即对注入的气体从中心管到环形套筒的流动进行控制。根据公开的实施方案的流量控制装置的非限制性实例为注入***，该***可从购得。

然而，迄今为止，尚未开发出用于确定流量控制装置的适当布置或选择或用于预测驱出的油体积的依时性膨胀动态的简便方法。事实上，现有的方法依赖于手动尝试和纠错法，该手动尝试和纠错法使用诸如可从Landmark Graphics Corporation购得的NETool^TM的模拟软件来对流量控制装置沿水平井的各种大小/类型和布置进行模拟。

因此，根据公开的实施方案，建议使用数值模型和模拟法来确定借助注气模拟将得到规定的累积驱出的油体积廓线的最佳FCD性能。在一个实施方案中，FCD分布函数可基于流量模拟结果进行调整，以得到根据目标廓线(本文中也称为“目标气体前缘廓线”或“目标注气廓线”)的所需的注气前缘形状。调整的FCD分布函数然后可用于确定沿注气井的最佳FCD性能。这些FCD性能的实例包括但不限于FCD布置和其它设计参数(例如，孔的数量和孔大小，和/或FCD的数量和类型)。不同于注入的液体，气体的可压缩性排除了使用解析、准稳定对数廓线来有效地确定压力分布。事实上，根据公开的实施方案，压力分布是在每个时间步通过数值求解气体扩散方程的瞬时边界问题而找出的。

将使用简化的耦合储罐储层-井筒流体动力学模型的实例对公开的实施方案进行说明，该模型解释FCD对注入井中的和地层内的气体行为的影响。公开的实施方案和方法论可应用于具有不同程度的复杂性的耦合储层-井筒模型。除此之外，虽然下面描述的实例中使用了甲烷，但是公开的实施方案可适用于任何类型的气体。

通过参考附图中的图1至图8可更好的理解公开的实施方案及其优点，各图中相同和对应的部分使用相同的标号。对于本领域普通技术人员而言，在查阅以下附图和详细描述时，公开的实施方案的其它特征和优点将会或将变得明显。所有这些额外特征和优点意在被包括在公开的实施方案的范围内。另外，图示的附图仅为示例性的且并非意在断言或暗示对可实施不同实施方案的环境、架构、设计或方法的任何限制。

如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当用于本说明书和/或权利要求书时，指定所述特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其组合的存在或加入。对应结构、材料、动作以及以下权利要求书中的所有装置或步骤加功能要素的等效形式意在包括用于结合具体请求保护的其它请求保护的要素来执行功能的任何结构、材料或动作。虽然出于说明和描述的目的已经呈现对本发明的描述，但是并非意在是详尽的或将本发明限制为所公开的形式。对实施方案进行选择和描述，以解释本发明的原理和实际应用，以及使本领域普通技术人员能够理解要求保护的发明。

从图1开始，其呈现了描绘水平注入井100的示例性方案的图解。注入井100包括上游端102和下游端104。上游端102在本领域中被称为井的跟端，且下游端104被称为趾端。除此之外，图1中还指示本文所描述的若干参数。具体地说，z为水平坐标；Lz为井筒长度；Pi为井筒压力，Pe为环形套筒压力，P_B为储层边界压力，j为井筒每单位长度上的注入的气体的体积流率(例如，几加仑/米)。注入的气体体积的边界形状可轴向对称，且可由函数r＝rf(z,t)进行描述。该边界可被视为例如移动前缘，其将例如r<rf(z,t)的注入的气体体积与储层地层中的油分离，如图2中所示。

图2为指示驱出的油体积的边界r_f的几何形状的实例的图解，该驱出的油体积与如上所述的关于图1的注入井100的注入的气体体积有关。根据公开的实施方案，气体和油是不可混合的。注入的体积边界(例如，r<rf)的内侧完全由可压缩的气相组成。多孔介质中的瞬时压力分布和气流由以下方程式进行描述：

$\begin{array}{c}\begin{array}{cc}r<r_f:{\mathrm{\&phi;c}}_g\frac{\&part;p}{\&part;t}=\frac{1}{r}\frac{\&part;}{\&part;r}\left(r\mathrm{\&lambda;}\frac{\&part;p}{\&part;r}\right)& c_g=\frac{1}{Z}(1-\frac{dZ}{dp}\frac{p}{Z});\end{array}\\ \mathrm{\&lambda;}=\frac{p}{Z}\frac{k_g}{{\mathrm{\&mu;}}_g}\end{array}---\left(1\right)$

其中，地层孔隙率φ和温度T是恒定的，且Z为压缩因数。因为随着气体前缘传播，前缘r_f的径向位置在每个时间步不断增大，所以气体填充的区域不断扩大。因此为了实现离散化网格，如果网格大小是固定的，那么网格的总数量将增加，或如果总网格数量是固定的，那么网格大小应增加。可有帮助的是使用归一化坐标ξ，如以下方程式中所示：

$\mathrm{\&xi;}=\frac{r-r_0}{r_f-r_0}---\left(2\right)$

$r=\mathrm{\&xi;}(r_f-r_0)+r_0---\left(3\right)$

在井底与前缘之间的间隔r中的所有点具有在0与1之间的ξ值，以使得固定的网格可用于该域。

将方程式(1)中的r代入方程式(3)得到方程式(4)：

${\mathrm{\&phi;c}}_g\frac{\&part;p}{\&part;t}=\frac{1}{\&lsqb;\mathrm{\&xi;}(r_f-r_0)+r_0\&rsqb;}\frac{1}{(r_f-r_0)}\frac{1}{\&part;\mathrm{\&xi;}}\&lsqb;\left(\mathrm{\&xi;}\right(r_f-r_0)+r_0)\mathrm{\&lambda;}\frac{\&part;p}{\&part;\mathrm{\&xi;}}\frac{1}{(r_f-r_0)}\&rsqb;---\left(4\right)$

使用例如后向时间微分对方程式(4)进行离散和隐式求解。然后可应用追赶法(Thomas Algorithm)来迭代计算气体填充的区域中的压力分布和气体密度。不同于注入的体积边界内侧的气相，注入的体积外侧的油相是不可压缩的。压力是准稳定的，且可使用方程式(5)进行描述：

$r>r_f:p=p_f+\frac{(p_B-p_f)}{\ln \left(\frac{r_B}{r_f}\right)}ln\left(\frac{r}{f_f}\right)---\left(5\right)$

其中，r_B为储层边界的径向坐标，p_B为储层边界处的压力，且p_f为前缘处的压力。

由于注入的气体的可压缩性，体积流率和质量流率二者将会沿传播方向变化。靠近FCD喷嘴的上游侧上的质量流率J_i可使用方程式(6)进行描述：

${J_i}^2=\mathrm{\&sigma;}f\left(z\right)p_i^2\frac{W}{Z\left(p_i\right){\mathrm{RT}}_i}\left(\frac{m}{m-1}\right)\&lsqb;{\left(\frac{p_e}{p_i}\right)}^{2/m}-{\left(\frac{p_e}{p_i}\right)}^{(m+1)/m}\&rsqb;---\left(6\right)$

其中，且p_e为井筒表面处的压力(例如，喷嘴的下游流压力)，p_i为管道内侧的压力(例如，喷嘴的上游流压力)，C为孔口流系数，s_or为喷嘴的横截面面积，L_or为喷嘴沿管道的间距(其中上标0表示默认的大小和喷嘴间距)，且m为等于C_p/C_v的比热比且是无因次的。函数f(z)表征FCD装置沿注入井100的孔直径或线性密度的变化。f(z)的增大引起跨FCD壁的压降的减小，且因此引起储层流体的流入增加。

井筒中的气体流量通过以下耦合方程进行描述，其中方程式(7)为连续方程式，方程式(8)为动量平衡方程式，且方程式(9)描述前缘的传播速度：

$\frac{{\mathrm{dq}}_i}{dz}=J_i;q_i={\mathrm{\&rho;}}_i{V}_{i}A---\left(7\right)$

$\frac{{\mathrm{dp}}_i}{dz}=\frac{1}{2D_i}{f}_d{\mathrm{\&rho;}}_i{V}_i^2=\frac{1}{2D_i{A}^2}{f}_d\frac{ZRT}{p_{i}W}{q}_i^2---\left(8\right)$

$\frac{{\mathrm{dr}}_f}{dt}=V_{fo}=-\frac{k_o{k}_o^{\&prime;}}{{\mathrm{\&mu;}}_o{\mathrm{\&Delta;S}}_o\mathrm{\&phi;}}\frac{(p_B-p_f)}{\ln \left(\frac{r_B}{r_f}\right)}\frac{1}{r_f}---\left(9\right)$

其中，q_i为井筒中的注入气体的质量流率，ρ_i为注入气体密度，k_o为地层的绝对渗透率，k’_o为油的相对渗透率，μ_o为油的动态粘度，且φ为储层孔隙率。相对渗透率取决于岩石的原生气和注入的气体饱和度。上述方程式(7)和方程式(8)中的V_i为气体前缘传播速度，A为井筒的内部横截面面积，ΔS_o为驱油前缘处注入的气体的饱和度变化，且f_d为解释管道流以及明槽流中的摩擦损失的达西摩擦系数(Darcyfriction coefficient)。在一个实施方案中，达西摩擦系数使用Haaland方程式进行确定，如以下在方程式(10)和方程式(11)中所示。其它方程式包括，例如但不限于，Colebrook-White方程式、Swamee-Jain方程式，且Goudar方程式也可用于确定根据公开的实施方案的达西摩擦系数。

通过使用上述方程式，公开的实施方案提供一种模拟法，该方法用于确定将得到特定注气井的规定的注入前缘形状的最佳FCD设计性能。这些性能可包括例如最佳FCD布置和其它相关FCD性能，所述性能将在地层中产生所需的累积注入的气体体积廓线。最佳FCD设计或其它性能的特征可在于例如如上所述的函数f(z)，且规定的注入前缘形状可由函数r_f＝F(z)来表征。

例如，图3图示描绘计算机实施方法300的实例的流程图，该方法300用于确定注气井的由函数f(z)来表征的最佳FCD设计、布置和其它性能，所述性能得到根据公开的实施方案的规定的注入前缘形状。如图3中所示，方法300从步骤302开始，通过使用初始一致的FCD布置来初始化FCD函数f(z)，该函数由方程式(12)来表征：

f(z)＝f₀(z)＝1；0≤z≤L_z (12)

在步骤304中，对驱油前缘r_f(z,t)的进展进行确定。例如，在一个实施方案中，步骤304可包括使用由以上方程式(7)和方程式(8)表达的龙格-库塔积分法(Runge-Kutta integration method)来求出如上所述的方程式(9)的近似解。在一个实施方案中，为了找出r_f的新位置，在一段时间内的每个时间步对气体压力分布和气体前缘压力进行计算，以对方程式(4)的离散形式进行求解(例如，使用Thomas方法)。也可在每个时间步对井筒中的依时性压力分布和流率进行计算，例如通过使用如上所述的方程式(7)和方程式(8)的龙格-库塔积分法。

步骤306包括确定所需的驱出的油体积V₀是否已经达到。如果所需的驱出的油体积V₀尚未达到，方法300重复步骤304。换句话说，时间积分在时间t＝t_m当所需的驱出的油体积V₀已经达到时停止，如由方程式(13)表达：

$\mathrm{\&pi;}\underset{0}{\overset{L}{\&Integral;}}{\&lsqb;r_f^n(z,t_m)\&rsqb;}^{2}dz=V_0---\left(13\right)$

其中，n为迭代次数，且V₀为给定注入体积。V₀可使用方程式(14)表达，如下所示：

$V_0=\mathrm{\&pi;}\underset{0}{\overset{L_z}{\&Integral;}}{F}^2\left(z\right)dz---\left(14\right)$

如果当前的注入的体积已经达到所需的驱出的油体积V₀，方法300继续进行到步骤308，该步骤308包括确定沿井筒的水平生产长度的满足以下条件/方程式的参考点/参考位置z₀：

$\frac{r_f^1(z_0,t_m)}{F\left(z_0\right)}=min\&lsqb;\frac{r_f^1(z,t_m)}{F\left(z\right)}\&rsqb;;0\&le;z\&le;L_z---\left(15\right)$

在一个实施方案中，参考点z₀及FCD分布函数f(z₀)的对应值针对以下所有迭代次数保持固定：

f_n(z₀)＝1；n＝1，2，... (16)

其中，n为迭代次数。

在步骤310中，基于在步骤304中的确定结果，通过以下方式对FCD分布函数进行调整或修改：增加FCD分布函数在前缘相对于目标F(z)未充分推进的点也就是的点处的值；以及减小FCD分布函数在的超越点处的值。例如，在一个实施方案中，步骤310可包括使用以下方程式执行调整：

$f^{n+1}\left(z\right)={\&lsqb;\frac{r_f^n(z_0,t_m)}{F\left(z_0\right)}\frac{F\left(z\right)}{r_f^n(z,t_m)}\&rsqb;}^4{f}^n\left(z\right)---\left(17\right)$

方法300然后继续进行到步骤312，该步骤312包括例如使用方程式(18)来确定获得的驱出的油体积的最终形状与目标廓线之间的偏差/差异Δ：

$\mathrm{\&Delta;}=\left(\mathrm{\&pi;}\underset{0}{\overset{L}{\&Integral;}}{\&lsqb;r_r^n(z,t_m)-F\left(z\right)\&rsqb;}^{2}dz\right)---\left(18\right)$

在步骤314中，该方法确定偏差是否在预定的汇聚值内(也就是，是否Δ＜εV₀)。例如，变量ε可近似10^-5。如果偏差不在预定的汇聚值内，方法300回到步骤302并重复以上公开的方法。然而，如果偏差在预定的汇聚值内，方法300确定对应函数fⁿ⁺¹(z)得到最佳FCD性能，且在此之后结束。

在一个实施方案中，以上公开的模拟法可应用于基于方程(4-9)的有限差分解开发的数值模型，该数值模型可以例如码进行编程。然而，公开的实施方案并不限于此，并且可使用任何类型的编程语言以及以其它软件应用实施。

为了帮助进一步描述公开的实施方案，图4至图7图示四个实例，所述实例演示可如何将公开的实施方案应用在具有气体和油的不同相对渗透率以及不同目标注气前缘廓线的各种实际情况中，如下表中所列出：

在给出的实例中，假定水平注入井具有0.10m的直径和2500m的长度。甲烷被选择作为注入气体，其在p＝100巴且T＝273K的情况下具有13.8×10^-6Pa.s的粘度，而储层绝对渗透率被设置为0.5达西。FCD基准孔直径D_or为4mm，且间距L_or等于12m。沿井的以及适时的储层边界压力p_B被设置为恒定值。本领域普通技术人员将认识到，公开的实施方案并不限于以上示例参数且可能会变化，取决于特定井的实际参数。

这些实例中还假定气体和油的相对渗透率k′在驱油前缘之前和之后是恒定的，而在前缘位置处会出现猛增。由于局部岩石性质，总渗透率可能仍然会变化。在实例1和实例4中，沿井筒长度的每一处的绝对渗透率和相对渗透率被设置为固定值。相比之下，在实例2和实例3中，绝对渗透率沿井阶梯式变化，如图4中所示。位置z/Lz＝0为井筒的趾端，且位置z/Lz＝1为井筒的跟端。孔隙度被假定成与渗透率成比例，以使得比值k/φ是恒定的。

图5图示注入的气体的目标轴向廓线。气体前缘形状汇聚的很好。前三个示例情况的廓线彼此重叠，符合所需的一致分布。在实例4中，目标注气前缘廓线被设置为抛物线型。值得注意的是，储层渗透率(如图4中的虚线所示)的下降引起压力梯度的增大，且因此引起较高的前缘传播速度V_f。在这种情况下，为了获得气体廓线的常量，需要使用FCD来安排额外的压降，如图6中的虚线所示。实线用于示出实例1至实例3的一致渗透率廓线情况下的FCD分布。

图6图示通过实例1至实例4的数值迭代获得的最佳FCD分布函数。在模拟的实例中，所有的迭代在十个步长内汇聚。如果FCD沿井筒等距放置，则产生的分布函数f(z)使用以下方程式(20)得到要求的FCD直径分布。图7图示实例1至实例4的最佳FCD喷嘴大小\孔直径分布。

D_新＝[f′(z)]^1/4D_or (20)

现在参考图8，呈现对用于实施公开的实施方案的特征和功能的计算机***800的一个实施方案进行图示的框图。***800可为任何类型的计算装置，包括但不限于台式计算机、膝上型计算机、服务器、主机、平板电脑和移动装置。除其它部件之外，***800还包括处理器802、存储器804、辅助存储单元806、输入/输出接口模块808和通信接口模块810。

处理器802可为任何类型的微处理器，包括能够执行用于执行公开的实施方案的特征和功能的指令的单核处理器和多核处理器。输入/输出接口模块808使***800能够接收用户输入(例如，从键盘和鼠标接收)以及输出信息至一个或多个装置，所述一个或多个装置诸如但不限于打印机、外部数据存储装置和音频扬声器。***800可任选地包括单独显示模块812，该显示模块812用于使信息能够在一体式或外部显示装置上显示。举例来说，显示模块812可包括用于提供与一个或多个显示装置相关联的增强型图形、触摸屏和/或多点触控功能的指令或硬件(例如，图形卡或图形芯片)。

存储器804为易失性存储器，其存储当前正在执行的指令/数据或被预提取供执行的指令/数据。辅助存储单元806为用于存储持久性数据的非易失性存储器。辅助存储单元806可为或可包括任何类型的数据存储部件，诸如硬盘驱动器、闪盘驱动器或存储卡。在一个实施方案中，辅助存储单元806存储使用户能够执行公开的实施方案的特征和功能的计算机可执行代码/指令和其它相关数据。

例如，根据公开的实施方案，辅助存储单元806可永久性地存储用于执行上述的累积注气流量控制装置优化法的可执行代码/指令820。然后在与流量控制装置优化法相关联的指令820由处理器802执行期间将所述指令从辅助存储单元806加载至存储器804，以执行公开的实施方案。除此之外，辅助存储单元806可存储其它可执行代码/指令和数据822，诸如但不限于用于公开的实施方案的井筒模拟器应用和/或储层模拟应用。

通信接口模块810使***800能够与通信网络830通信。例如，网络接口模块808可包括网络接口卡和/或无线收发器，用于使***800能够经由通信网络830和/或直接与其它装置发送和接收数据。

通信网络830可为任何类型的网络，包括以下网络中的一个或多个的组合：广域网、局域网、一个或多个专用网络、互联网、诸如公用交换电话网(PSTN)的电话网、一个或多个蜂窝网和无线数据网。通信网络830可包括用于帮助数据的路径选择/装置之间的通信的多个网络节点(未描绘)，诸如路由器、网络接入点/网关、交换机、DNS服务器、代理服务器和其它网络节点。

例如，在一个实施方案中，***800可与一个或多个服务器834或数据库832交互，以执行公开的实施方案的特征。举例来说，***800可向数据库832查询测井信息，以创建根据公开的实施方案的耦合井筒-储层模型。另外，在某些实施方案中，***800可充当用于一个或多个客户端装置的服务器***，或充当用于点对点通信或与一个或多个装置/计算***(例如，群集、网格)的并行处理的对等***。

因此，公开的实施方案提供一种***和计算机实施方法，其能够使用数值模型和模拟法确定最佳FCD性能，例如但不限于布置和其它设计参数(例如，孔的数量和孔大小，和/或FCD的数量和类型)，所述性能将得到规定的地层中累积驱出的油体积廓线。例如，公开的实施方案允许对驱油前缘的形状进行调节，从而得到所需的注入廓线。公开的实施方案还将储层地层参数和流体性能的变化纳入考虑，所述变化在不同的储层条件(例如，注入到断裂地层中)下有广泛的潜在应用。还可通过使用有效渗透率将渗透率的竖直-水平各向异性纳入考虑。

如上所示，公开的实施方案的一个优点在于提供对注气的FCD布置进行模拟的能力，不同于主要关于注液或生产的常规模拟技术。因为气体的可压缩性，所以如本文所公开的气体行为的建模和模拟比通常被认为是不可压缩的液体的建模和模拟要复杂得多。所述复杂性可归因于与注气有关的以下问题中的一个或多个：(1)气相的压力是依时性的、不稳定或跟液体一样是准稳定的；(2)在每个时间步对每个位置进行压力更新期间，更新气体状态方程式涉及大量的计算；以及(3)在深水井中的超高压力和温度条件下，气体被高度压缩，并且其诸如密度、粘度的性质与理想气体状态下的性质相距甚远。因此，气相状态方程式(EOS)的精确计算也是对如本文所公开的成功应用的关键因素。

公开的实施方案的另一个优点在于，其可被应用于具有各种复杂程度的耦合井筒-储层模拟。另一个优点在于，公开的模拟法是计算高效型的，因为其被优化用于一组特定问题，且比通用的优化方法简单得多。此外，公开的方法还展现极好的汇聚性，因为该方法不涉及拉格朗日乘子。另外，公开的方法可容易地应用于任何耦合井筒-储层模型，包括最复杂的模型。

如上所述，用于流量控制装置布置/优化的传统方法涉及运行多个储层模型，以及从具有不同完成布置的一组模拟中选择最好设计(通常是良好的，但不是最佳的)。相比之下，公开的实施方案的应用将不仅会得到最好布置/优化设计，而且还会大大降低总计算工作量。

在某些实施方案中，公开的实施方案可用于为涉及详细的3D模型的需要大量CPU资源的模拟(例如，现场储层模拟)提供很好的初始估计，从而节省几天的模拟时间。在一个实施方案中，公开的方法可集成到生产模拟软件包(例如，NETool^TM)中。此外，公开的方法足够灵活，以将储层模拟器模型无法捕捉到但根据测井测量结果在地层中看到的许多物理现象和储层条件纳入考虑。此外，在某些实施方案中，可通过使用有效渗透率将渗透率的竖直-水平各向异性纳入考虑。

如上所述，公开的实施方案对于确定注气井的最佳流量控制装置性能特别有用，所述方法包括。在本公开的一个实施方案中，用于确定注气井的流量控制装置性能的计算机实施方法包括：基于一致流量控制装置分布廓线初始化流量控制装置分布函数；通过使用初始化的流量控制装置分布函数以模拟一段时间内注气井中的注入的气体流量分布来确定驱出的油体积前缘对应于所需的驱出的油体积的位置；基于模拟结果和沿注气井长度的预定的参考位置调整流量控制装置分布函数，其中预定的参考位置对应于目标注气廓线；确定使用调整的流量控制装置分布函数获得的驱出的油体积前缘形状与目标注气廓线之间的偏差；确定该偏差是否在预定的汇聚范围内；如果确定该偏差不在预定的汇聚范围内，重复流量控制装置分布函数的模拟和调整直至确定偏差在预定的汇聚范围内；以及如果确定偏差在预定的汇聚范围内，使用调整的流量控制装置分布函数确定注气井的流量控制装置性能，其中确定的流量控制装置性能得到沿注气井的目标注气廓线。

在另一实施方案中，沿注气井的参考位置满足当前注气前缘与目标注气前缘之间具有最小比值的条件。在另一个实施方案中，调整流量控制装置分布函数包括：增加流量控制装置分布函数在当前注气前缘与目标注气前缘相比未充分推进的点处的值；以及减小在当前注入的气体前缘超越目标注气前缘的点处的值。在另一个实施方案中，预定的汇聚范围包括在所需的驱出的油体积的10-5内的值。在另一个实施方案中，沿注气井长度的参考位置在流量控制装置分布函数的模拟和调整的后续迭代期间不会改变，所述迭代响应于偏差不在预定的汇聚范围内的确定而执行。在另一个实施方案中，目标注气廓线不一致。在另一个实施方案中，目标注气廓线一致。在另一个实施方案中，确定流量控制装置性能包括确定流量控制装置沿注气井长度的各种孔直径。在另一个实施方案中，确定流量控制装置性能包括确定流量控制装置沿注气井长度的距离分布。

在本公开的另一个实施方案中，***包括：至少一个处理器；以及至少一个存储器，所述存储器耦合至所述至少一个处理器并且存储用于确定注气井的流量控制装置性能的处理器可执行指令，所述指令当被处理器执行时致使所述处理器来执行多个操作，包括以下操作：基于一致流量控制装置分布廓线初始化流量控制装置分布函数；通过使用初始化的流量控制装置分布函数以模拟一段时间内注气井中的注入的气体流量分布来确定驱出的油体积前缘对应于所需的驱出的油体积的位置；基于模拟结果和沿注气井长度的预定的参考位置调整流量控制装置分布函数，其中预定的参考位置对应于目标注气廓线；确定使用调整的流量控制装置分布函数获得的驱出的油体积前缘形状与目标注气廓线之间的偏差；确定该偏差是否在预定的汇聚范围内；如果确定该偏差不在预定的汇聚范围内，重复流量控制装置分布函数的模拟和调整直至确定偏差在预定的汇聚范围内；以及如果确定偏差在预定的汇聚范围内，使用调整的流量控制装置分布函数确定注气井的流量控制装置性能，其中确定的流量控制装置性能得到沿注气井的目标注气廓线。

在本公开的另一个实施方案中，非暂时性计算机可读介质包括用于确定注气井的流量控制装置性能的计算机可执行指令，所述指令当被计算机执行时致使所述计算机执行多个操作，包括以下操作：基于一致流量控制装置分布廓线初始化流量控制装置分布函数；通过使用初始化的流量控制装置分布函数以模拟一段时间内注气井中的注入的气体流量分布来确定驱出的油体积前缘对应于所需的驱出的油体积的位置；基于模拟结果和沿注气井长度的预定的参考位置调整流量控制装置分布函数，其中预定的参考位置对应于目标注气廓线；确定使用调整的流量控制装置分布函数获得的驱出的油体积前缘形状与目标注气廓线之间的偏差；确定该偏差是否在预定的汇聚范围内；如果确定该偏差不在预定的汇聚范围内，重复流量控制装置分布函数的模拟和调整直至确定偏差在预定的汇聚范围内；以及如果确定偏差在预定的汇聚范围内，使用调整的流量控制装置分布函数确定注气井的流量控制装置性能，其中确定的流量控制装置性能得到沿注气井的目标注气廓线。

虽然已经对关于以上实施方案的特定细节进行了描述，但是以上硬件和软件描述仅意在作为示例实施方案，且并非意在对公开的实施方案的结构或实现方式进行限制。举例来说，虽然未示出***800的许多其它内部部件，但是本领域普通技术人员将理解这些部件及其互连是熟知的。

此外，公开的实施方案的某些方面，如上文所概述，可体现为使用一个或多个处理单元/部件执行的软件。该技术的程序方面可被认为是通常呈可执行代码和/或相关联数据的形式的“产品”或“制品”，所述可执行代码和/或相关联数据在一种类型的机器可读介质上实现或体现为一种类型的机器可读介质。有形的非暂时性“存储”型介质包括用于计算机、处理器等或其相关联模块的存储器或其它存储装置中的任何一个或全部，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器、光盘或磁盘等，其可在任何时间为软件编程提供存储。

此外，附图中的流程图和框图图示根据本发明的各种实施方案的***、方法和计算机程序产品的可能的实现方式的架构、功能性和操作。还应注意，在一些可选实现方式中，框中指出的功能可以附图中指出的顺序不同的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可大致上同时执行，或者有时可以相反的顺序执行所述框，取决于所涉及的功能性。还应注意，框图和/或流程图图解中的每个框以及框图和/或流程图图解中的框的组合可由执行指定功能或动作的基于专用硬件的***来实施，或由专用硬件和计算机指令的组合来实施。

虽然上面描述了许多特定的示例实施方案，但是以上实例并非意在是详尽的或将本发明限制为所公开的形式。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员而言将明显。权利要求书的范围意在广泛地涵盖所公开的实施方案和任何此类修改。

Claims (20)

1.一种确定注气井的流量控制装置性能的计算机实施方法，所述方法包括：

基于一致流量控制装置分布廓线初始化流量控制装置分布函数；

通过使用所述初始化的流量控制装置分布函数以模拟一段时间内所述注气井中的注入的气体流量分布来确定驱出的油体积前缘对应于所需的驱出的油体积的位置；

基于所述模拟结果和沿所述注气井长度的预定的参考位置调整所述流量控制装置分布函数，所述预定的参考位置对应于目标注气廓线；

确定使用所述调整的流量控制装置分布函数获得的所述驱出的油体积前缘形状与所述目标注气廓线之间的偏差；

确定所述偏差是否在预定的汇聚范围内；

响应于所述偏差不在所述预定的汇聚范围内的确定，重复所述流量控制装置分布函数的所述模拟和调整直至确定所述偏差在所述预定的汇聚范围内；以及

当确定所述偏差在所述预定的汇聚范围内时，使用所述调整的流量控制装置分布函数确定所述注气井的所述流量控制装置性能，所述确定的流量控制装置性能得到所述沿所述注气井的目标注气廓线。

2.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述沿所述注气井的参考位置满足当前注气前缘与目标注气前缘之间具有最小比值的条件。

3.如权利要求2所述的计算机实施方法，其中调整所述流量控制装置分布函数包括：

增加所述流量控制装置分布函数在所述当前注气前缘与所述目标注气前缘相比未充分推进的点处的值；以及

减小在所述当前注入的气体前缘超越所述目标注气前缘的点处的值。

4.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述预定的汇聚范围包括在所述所需的驱出的油体积的10^-5内的值。

5.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述沿所述注气井的所述长度的参考位置在所述流量控制装置分布函数的所述模拟和调整的后续迭代期间不会改变，所述迭代响应于所述偏差不在所述预定的汇聚范围内的确定而执行。

6.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述目标注气廓线不一致。

7.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中所述目标注气廓线一致。

8.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中确定所述流量控制装置性能包括确定流量控制装置沿所述注气井的所述长度的各种孔直径。

9.如权利要求1所述的计算机实施方法，其中确定所述流量控制装置性能包括确定流量控制装置沿所述注气井的所述长度的距离分布。

10.一种***，其包括：

至少一个处理器；以及

至少一个存储器，所述存储器耦合至所述至少一个处理器并且存储用于确定注气井的流量控制装置性能的处理器可执行指令，所述指令当被所述处理器执行时致使所述处理器来执行多个操作，包括以下操作：

基于一致流量控制装置分布廓线初始化流量控制装置分布函数；

通过使用所述初始化的流量控制装置分布函数以模拟一段时间内所述注气井中的注入的气体流量分布来确定驱出的油体积前缘对应于所需的驱出的油体积的位置；

基于所述模拟结果和沿所述注气井长度的预定的参考位置调整所述流量控制装置分布函数，所述预定的参考位置对应于目标注气廓线；

确定使用所述调整的流量控制装置分布函数获得的所述驱出的油体积前缘形状与所述目标注气廓线之间的偏差；

确定所述偏差是否在预定的汇聚范围内；

响应于所述偏差不在所述预定的汇聚范围内的确定，重复所述流量控制装置分布函数的所述模拟和调整直至确定所述偏差在所述预定的汇聚范围内；以及

当确定所述偏差在所述预定的汇聚范围内时，使用所述调整的流量控制装置分布函数确定所述注气井的所述流量控制装置性能，所述确定的流量控制装置性能得到所述沿所述注气井的目标注气廓线。

11.如权利要求10所述的***，其中所述沿所述注气井的参考位置满足当前注气前缘与目标注气前缘之间具有最小比值的条件。

12.如权利要求11所述的***，其中调整所述流量控制装置分布函数包括：

增加所述流量控制装置分布函数在所述当前注气前缘与所述目标注气前缘相比未充分推进的点处的值；以及

减小在所述当前注入的气体前缘超越所述目标注气前缘的点处的值。

13.如权利要求10所述的***，其中所述预定的汇聚范围包括在所述所需的驱出的油体积的10^-5内的值。

14.如权利要求10所述的***，其中所述沿所述注气井的所述长度的参考位置在所述流量控制装置分布函数的所述模拟和调整的后续迭代期间不会改变，所述迭代响应于所述偏差不在所述预定的汇聚范围内的确定而执行。

15.如权利要求10所述的***，其中所述目标注气廓线不一致。

16.如权利要求10所述的***，其中所述目标注气廓线一致。

17.如权利要求10所述的***，其中确定所述流量控制装置性能包括确定流量控制装置沿所述注气井的所述长度的各种孔直径。

18.如权利要求10所述的***，其中确定所述流量控制装置性能包括确定流量控制装置沿所述注气井的所述长度的距离分布。

19.一种非暂时性计算机可读介质，其包括用于确定注气井的流量控制装置性能的计算机可执行指令，所述指令当被计算机执行时致使所述计算机执行多个操作，包括以下操作：

基于一致流量控制装置分布廓线初始化流量控制装置分布函数；

通过使用所述初始化的流量控制装置分布函数以模拟一段时间内所述注气井中的注入的气体流量分布来确定驱出的油体积前缘对应于所需的驱出的油体积的位置；

基于所述模拟结果和沿所述注气井长度的预定的参考位置调整所述流量控制装置分布函数，所述预定的参考位置对应于目标注气廓线；

确定使用所述调整的流量控制装置分布函数获得的所述驱出的油体积前缘形状与所述目标注气廓线之间的偏差；

确定所述偏差是否在预定的汇聚范围内；

响应于所述偏差不在所述预定的汇聚范围内的确定，重复所述流量控制装置分布函数的所述模拟和调整直至确定所述偏差在所述预定的汇聚范围内；以及

当确定所述偏差在所述预定的汇聚范围内时，使用所述调整的流量控制装置分布函数确定所述注气井的所述流量控制装置性能，所述确定的流量控制装置性能得到所述沿所述注气井的目标注气廓线。

20.如权利要求19所述的非暂时性计算机可读介质，其中确定所述流量控制装置性能包括确定所述流量控制装置沿所述注气井的所述长度的孔直径。