CN107829718A - 基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，包括：步骤1，搜集并整理区块地质及开发相关资料；步骤2，设定优化相关参数，完成井网注采优化准备工作；步骤3，使用油藏工程方法，预测当前井位及注采参数下各方向上驱替状况并定量评价；步骤4，使用全局随机搜索算法，优化生成新的井位/注采参数，预测并评价新井位注采参数下各注采方向上的驱替状况；步骤5，整理优化结果，形成井网注采设计方案，投入现场实施。该方法通过基于油藏工程理论建立的水驱开发指标计算方法与最优化理论相结合，使用一种全局随机搜索算法自动求解，保证了计算效率的同时获得与实际油藏相匹配的井网及注采方案，提高油藏采收率。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开发领域，特别是涉及到一种基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法。
背景技术
井网及注采方案是油藏开发方案中的重要内容，直接影响到油藏开发效果。如何制定出最优的井网及注采方案是目前油田开发方案设计中的难题之一。目前常用的井网及注采方案优化设计方法主要有：依靠人为经验进行井网及注采方案设计和基于最优化理论的井网和注采方案优化设计。依靠人为经验进行井网及注采方案设计，需要考虑因素众多，主观因素影响大，同时难以得到真正的最优井网及注采方案；基于最优化理论的井网及注采方案优化，使用数值模拟评价优化过程中各方案的优劣，对于实际大规模油藏，计算量大，耗时长，常规计算机难以实现。且目前方法主要分为井网优化方法和注采优化方法两个相互独立的部分，缺少结合。使用梯度算法求解时，梯度的求取复杂，约束条件处理复杂，同时易于陷入局部最优而无法找到真正最优方案。为此我们发明了一种基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，解决了以上技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种计算效率的同时获得与实际油藏相匹配的井网及注采方案，提高油藏采收率的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法。
本发明的目的可通过如下技术措施来实现：基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，该基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法包括：步骤1，搜集并整理区块地质及开发相关资料；步骤2，设定优化相关参数，完成井网注采优化准备工作；步骤3，使用油藏工程方法，预测当前井位及注采参数下各方向上驱替状况并定量评价；步骤4，使用全局随机搜索算法，优化生成新的井位注采参数，预测并评价新井位/注采参数下各注采方向上的驱替状况；步骤5，整理优化结果，形成井网注采设计方案，投入现场实施。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：
在步骤1中，收集的资料包括：静态资料：渗透率分布、孔隙度分布、砂体厚度、净毛比分布；动态资料：饱和度分布、压力分布、油水密度、油水粘度、相对渗透率曲线、已存在油水井井位。
在步骤2中，设定优化相关参数包括：设定优化类型，优化类型包括井网优化、注采优化、井网注采联合优化；指定待优化井，生成优化变量；指定各优化变量的约束条件，对于井网优化，约束条件包括井的X坐标所处区间、Y坐标所处区间、油藏边界约束；对于注采优化，约束条件包括总体注采量、单井注采量上限、单井注采量下限；设定初始井网/注采方案；设定求解算法相关参数，包括初始搜索步长、初始样本数、终止条件。
该基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法还包括，在步骤2之后，生成待优化井的初始井位/注采参数，包括：判断在步骤2中的设定初始井网/注采方案是否执行；若执行，则以其输入方案作为初始方案；若未执行，则根据步骤2中的约束条件设定，随机生成各优化变量，作为初始方案。
在步骤3中，根据油水井井位，生成注采对应关系矩阵；根据两组注采井连线的角平分线将油藏劈分为多个注采控制单元；各注采控制单元内参数等效处理，参数包括渗透率、孔隙度、净毛比、砂体厚度、饱和度，等效处理方法为加权平均；使用油藏工程理论计算当前时间步各控制单元等效渗流阻力；使用油藏工程理论计算当前时间步各控制单元注入速度；计算当前时间步后各控制单元平均饱和度；更新时间，t＝t+Δt，其中t为当前时间，Δt为时间步长，重复计算各控制单元等效渗流阻力、各控制单元注入速度各控制单元平均饱和度这几个步骤，直至达到预测结束时间；计算各注采单元平均饱和度的标准差。
在步骤3中，使用如下公式计算当前时间步各控制单元等效渗流阻力：
式中：Ri为注水井与第i口生产井间的渗流阻力，mPa·s/(μm2·cm)；i为生产井编号；为注水井与第i口生产井间的平均渗透率，10-3μm2；为注水井与第i口生产井间的平均储层厚度，m；为相邻两组注采井连线与该注采井连线的角平分线之间的夹角；rf为驱替前缘距离，m；rw为注水井的半径，m；Kro为油相相对渗透率；μo为地层原油粘度，mPa·s；Krw为水相相对渗透率；μw为地层水粘度，mPa·s；Swc为束缚水饱和度；di为注水井与第i口生产井的井距，m；Swe为出口端含水饱和度。
在步骤3中，使用如下公式计算当前时间步各控制单元注入速度：
qi＝Δpi/Ri
式中：Δpi为注水井与第i口生产井间的压差，MPa；qi为第i口生产井所在注采单元的注入速度，m3/d。
在步骤3中，计算当前时间步后各控制单元平均饱和度：
式中：r为驱替距离，m；Sw为含水饱和度；t为驱替时间，d；fw为含水率。
在步骤4中，计算各方案下饱和度的标准差；按标准差从小到大排序；根据饱和度标准差最小的方案，通过全局随机搜索算法中的子代生成策略，生成新一代井网/注采方案，全局随机搜索算法包括遗传算法、粒子群算法、协方差矩阵进化算法；判断新生成的井网/注采方案是否满足约束条件，若不满足，转至前一步骤重新计算；判断新生成的井网/注采方案是否达到优化终止条件，当满足优化终止条件时，优化结束，否则返回计算当前迭代步各方案下平均饱和度的标准差。
本发明中的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，基于最优化理论和自动化技术，避免方案制定时人的主观因素的影响，减轻人的工作强度；该方法基于均衡水驱开发理念，使用油藏工程方法替代数值模拟进行方案评价，避免了数值模拟中的大型矩阵迭代计算，缩短了方案评价时间，使得大规模油藏优化成为可能；该方法使用全局随机搜索算法求取最优方案，可方便的处理各类约束条件，搜索算法中的相关机制能够保证获得全局最优解；该方法在优化井网的基础上优化注采参数，进而得到最优井网注采方案，保证了井网和注采参数之间的相互协调。通过该方法可以综合考虑油藏各因素，自动的获得最优井网及注采方案，为油田开发提供技术支持，改善注水开发效果。
附图说明
图1为本发明基于均衡水驱理念的油藏井网及注采优化设计方法流程示意图；
图2为优化参数设定步骤流程示意图；
图3为油藏工程计算开发指标并评价驱替均衡程度流程示意图；
图4为注采控制单元劈分示意图；
图5为优化模型求解流程示意图；
图6为胜利油田A区块部分数据图件；
图7为胜利油田A区块待优化井井位约束范围示意图；
图8为胜利油田A区块设定初始井网示意图；
图9为不同规模油藏下数值模拟方法及油藏工程方法计算时间对比图；
图10为胜利油田A区块井网优化时迭代运算各代最低饱和度标准差图；
图11为胜利油田A区块注采优化时迭代运算各代最低饱和度标准差图；
图12为胜利油田A区块井位优化后井网布置示意图；
图13为胜利油田A区块油井注采优化前后液量对比图；
图14为胜利油田A区块水井注采优化前后液量对比图；
图15为胜利油田A区块井网及注采优化方案与人为方案预测累产油对比图。
具体实施方式
为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本发明的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法的一具体实施例的流程图。
在步骤101，搜集并整理区块地质及开发相关资料。收集的资料包括：静态资料：渗透率分布、孔隙度分布、砂体厚度、净毛比分布；动态资料：饱和度分布、压力分布、油水密度、油水粘度、相对渗透率曲线、已存在油水井井位。流程进入到步骤102。
在步骤102，设定优化相关参数，完成井网/注采优化准备工作。如图2所示，设定优化相关参数包括：设定优化类型，优化类型包括井网优化、注采优化、井网注采联合优化；指定待优化井，生成优化变量；指定各优化变量的约束条件，对于井网优化，约束条件包括井的X坐标所处区间、Y坐标所处区间、油藏边界约束；对于注采优化，约束条件包括总体注采量、单井注采量上限、单井注采量下限；设定初始井网/注采方案(可选)；设定求解算法相关参数，包括初始搜索步长、初始样本数、终止条件。流程进入到步骤103。
在步骤103，生成待优化井的初始井位/注采参数。判断在步骤102中的设定初始井网/注采方案(可选)是否执行；若执行，则以其输入方案作为初始方案；若未执行，则根据步骤102中的约束条件设定，随机生成各优化变量，作为初始方案。流程进入到步骤104。
在步骤104，使用油藏工程方法，预测当前井位及注采参数下各方向上驱替状况并定量评价。如图3所示，根据油水井井位，生成注采对应关系矩阵；如图4所示，根据两组注采井连线的角平分线将油藏劈分为多个注采控制单元；各注采控制单元内参数等效处理，参数包括渗透率、孔隙度、净毛比、砂体厚度、饱和度，等效处理方法为加权平均；使用油藏工程理论计算当前时间步各控制单元等效渗流阻力；使用油藏工程理论计算当前时间步各控制单元注入速度；计算当前时间步后各控制单元平均饱和度；更新时间，t＝t+Δt，其中t为当前时间，Δt为时间步长，重复计算各控制单元等效渗流阻力、各控制单元注入速度各控制单元平均饱和度这几个步骤，直至达到预测结束时间；计算各注采单元平均饱和度的标准差。
使用如下公式计算当前时间步各控制单元等效渗流阻力：
式中：Ri为注水井与第i口生产井间的渗流阻力，mPa·s/(μm2·cm)；i为生产井编号；为注水井与第i口生产井间的平均渗透率，10-3μm2；为注水井与第i口生产井间的平均储层厚度，m；为相邻两组注采井连线与该注采井连线的角平分线之间的夹角；rf为驱替前缘距离，m；rw为注水井的半径，m；Kro为油相相对渗透率；μo为地层原油粘度，mPa·s；Krw为水相相对渗透率；μw为地层水粘度，mPa·s；Swc为束缚水饱和度；di为注水井与第i口生产井的井距，m；Swe为出口端含水饱和度。
使用如下公式计算当前时间步各控制单元注入速度：
qi＝Δpi/Ri
式中：Δpi为注水井与第i口生产井间的压差，MPa；qi为第i口生产井所在注采单元的注入速度，m3/d。
计算当前时间步后各控制单元平均饱和度：
式中：r为驱替距离，m；Sw为含水饱和度；t为驱替时间，d；fw为含水率。
流程进入到步骤105。
在步骤105，判断是否达到优化终止条件，若不满足，流程进入步骤106；若满足，流程进入步骤107；
在步骤106，如图5所示，使用全局随机搜索算法，优化生成新的井位/注采参数，预测并评价新井位/注采参数下各注采方向上的驱替状况。计算各方案下饱和度的标准差；按标准差从小到大排序；根据饱和度标准差最小的方案，通过全局随机搜索算法中的子代生成策略，生成新一代井网/注采方案，全局随机搜索算法包括但不限于遗传算法、粒子群算法、协方差矩阵进化算法；判断新生成的井网/注采方案是否满足约束条件，判断新生成的井网/注采方案是否达到优化终止条件，当满足优化终止条件时，优化结束，否则返回计算当前迭代步各方案下平均饱和度的标准差。流程进入到步骤104。
在步骤107，整理优化结果，形成井网/注采设计方案，投入现场实施。流程结束。
为使本发明的上述内容能更明显易懂，下面以胜利油田A区块为例，使用基于均衡水驱开发理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，作详细说明如下：
1、搜集并整理该区块地质及开发相关资料：
资料来源可以有多种形式，可以从已有地质模型或数值模型中导出的数字化资料，也可以根据相关地质开发图件进行数字化处理得到。
收集的资料包括：
(1)静态资料：渗透率分布、孔隙度分布、砂体厚度、净毛比分布；
(2)动态资料：饱和度分布、压力分布、油水密度、油水粘度、相对渗透率曲线、已存在油水井井位。
胜利油田A区块渗透率分布、孔隙度分布、饱和度分布及已存在井井位如图6所示，其中，图6a为渗透率分布图，图6b为孔隙度分布图，图6c为饱和度分布图及已存在井井位。
2、设定优化相关参数，完成井网/注采优化准备工作。其具体实施步骤如下：
(1)设定优化类型：
胜利油田A区块既要进行井网优化，又要进行注采优化，因此优化类型设定为井网注采联合优化；
(2)指定待优化井，生成优化变量：
初步分析后，确定需要钻新井4口，其中包括新水井2口，新油井2口。井位优化待优化井指定为新钻的4口井，液量优化待优化井指定为区块全部油水井。
(3)指定各优化变量约束条件：
结合油藏实际，指定井网优化中4口井的布井范围如图7所示。注采优化中各水井的注入量下限为0，上限为当前最大单井注入量的2倍；各油井的采出量下限为0，上限为当前最大单井采出量的2倍。
(4)设定初始井网/注采方案：
初始方案可以不设定，对于胜利油田A区块，基于前期工作设定初始井位如图8。设定老井初始液量为原液量不变，设定新井初始液量为区块平均液量。
(5)设定求解算法相关参数：
针对胜利油田A区块，选择全局随机搜索算法中的粒子群算法，设定初始种群数目50代，其他参数取算法本身默认值。
3、生成待优化井的初始井位/注采参数：
胜利油田A区块待井位优化共计4口井，每口井包括X坐标、Y坐标两个变量，共计8个优化变量；待注采优化共计13口井，优化变量为液量，共计13个变量。根据步骤2-(4)中设定的初始方案，对各变量进行初始化赋值。
4、使用油藏工程方法，预测当前井位及注采参数下各方向上驱替状况并定量评价：
胜利油田A区块包含13口井，注采对应关系矩阵为13*13的0-1矩阵，其中0值代表两口井之间无对应关系，1值代表两口井之间有对应关系。设定预测时间为15年，迭代时间步长为30天，求解各注采连线上平均饱和度，并取标准差。图9为油藏工程方法和数值模拟方法在不同规模油藏下预测运算时间，可以看到，油藏工程方法效率显著高于数值模拟方法。计算得到初始方案的饱和度方差见表1。
表1胜利油田A区块初始方案的饱和度方差表
5、使用全局随机搜索算法，优化生成新的井位/注采参数，预测并评价新井位/注采参数下各注采方向上的驱替状况：
(1)根据饱和度标准差最小的方案，通过全局随机搜索算法中的子代生成策略，生成新一代井网/注采方案：
胜利油田A区块选取的全局随机搜索算法为粒子群算法，种群数目为50，生成子代种群时，会保留饱和度方差最小的个体，其他49个个体根据移动速度，向本代最优个体靠拢，产生一定的位移，从而生成子代个体，并形成子代种群。
(2)判断新生成的井网/注采方案是否满足约束条件，若不满足，转至步骤5-(1)重新计算，直至满足约束条件；
(3)计算当前迭代步各方案下平均饱和度标准差。
6、迭代运算，直到寻得最优方案，具体步骤如下：
(1)判断是否达到优化终止条件，若不满足，重复步骤5-6，直到达到优化终止条件；
(2)整理优化结果，形成井网/注采设计方案，投入现场实施。
胜利油田A区块井位优化时迭代运算各代最低饱和度标准差图如图10；胜利油田A区块注采优化时迭代运算各代最低饱和度标准差图如图11；优化结束后，形成的最优布井方案如图12；优化后井位具体数据见表2；优化前后各油井液量对比图如图13；优化前后各水井液量对比图如图14；相比依靠人工设计的方案，优化方案预测可多增油1.87万立方米，增幅37.54％，效果显著，如图15所示。
表2胜利油田A区块优化后的井位表
Claims (9)
1.基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，该基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法包括：
步骤1，搜集并整理区块地质及开发相关资料；
步骤2，设定优化相关参数，完成井网注采优化准备工作；
步骤3，使用油藏工程方法，预测当前井位及注采参数下各方向上驱替状况并定量评价；
步骤4，使用全局随机搜索算法，优化生成新的井位注采参数，预测并评价新井位/注采参数下各注采方向上的驱替状况；
步骤5，整理优化结果，形成井网注采设计方案，投入现场实施。
2.根据权利要求1所述的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，在步骤1中，收集的资料包括：静态资料：渗透率分布、孔隙度分布、砂体厚度、净毛比分布；动态资料：饱和度分布、压力分布、油水密度、油水粘度、相对渗透率曲线、已存在油水井井位。
3.根据权利要求1所述的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，在步骤2中，设定优化相关参数包括：设定优化类型，优化类型包括井网优化、注采优化、井网注采联合优化；指定待优化井，生成优化变量；指定各优化变量的约束条件，对于井网优化，约束条件包括井的X坐标所处区间、Y坐标所处区间、油藏边界约束；对于注采优化，约束条件包括总体注采量、单井注采量上限、单井注采量下限；设定初始井网/注采方案；设定求解算法相关参数，包括初始搜索步长、初始样本数、终止条件。
4.根据权利要求1所述的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，该基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法还包括，在步骤2之后，生成待优化井的初始井位/注采参数，包括：判断在步骤2中的设定初始井网/注采方案是否执行；若执行，则以其输入方案作为初始方案；若未执行，则根据步骤2中的约束条件设定，随机生成各优化变量，作为初始方案。
5.根据权利要求1所述的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，在步骤3中，根据油水井井位，生成注采对应关系矩阵；根据两组注采井连线的角平分线将油藏劈分为多个注采控制单元；各注采控制单元内参数等效处理，参数包括渗透率、孔隙度、净毛比、砂体厚度、饱和度，等效处理方法为加权平均；使用油藏工程理论计算当前时间步各控制单元等效渗流阻力；使用油藏工程理论计算当前时间步各控制单元注入速度；计算当前时间步后各控制单元平均饱和度；更新时间，t＝t+Δt，其中t为当前时间，Δt为时间步长，重复计算各控制单元等效渗流阻力、各控制单元注入速度各控制单元平均饱和度这几个步骤，直至达到预测结束时间；计算各注采单元平均饱和度的标准差。
6.根据权利要求5所述的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，在步骤3中，使用如下公式计算当前时间步各控制单元等效渗流阻力：
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式中：Ri为注水井与第i口生产井间的渗流阻力，mPa·s/(μm2·cm)；i为生产井编号；为注水井与第i口生产井间的平均渗透率，10-3μm2；为注水井与第i口生产井间的平均储层厚度，m；为相邻两组注采井连线与该注采井连线的角平分线之间的夹角；rf为驱替前缘距离，m；rw为注水井的半径，m；Kro为油相相对渗透率；μo为地层原油粘度，mPa·s；Krw为水相相对渗透率；μw为地层水粘度，mPa·s；Swc为束缚水饱和度；di为注水井与第i口生产井的井距，m；Swe为出口端含水饱和度。
7.根据权利要求5所述的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，在步骤3中，使用如下公式计算当前时间步各控制单元注入速度：
qi＝Δpi/Ri
式中：Δpi为注水井与第i口生产井间的压差，MPa；qi为第i口生产井所在注采单元的注入速度，m3/d。
8.根据权利要求5所述的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，在步骤3中，计算当前时间步后各控制单元平均饱和度：
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式中：r为驱替距离，m；Sw为含水饱和度；t为驱替时间，d；fw为含水率。
9.根据权利要求1所述的基于均衡水驱理念的油藏井网及注采方案优化设计方法，其特征在于，在步骤4中，计算各方案下饱和度的标准差；按标准差从小到大排序；根据饱和度标准差最小的方案，通过全局随机搜索算法中的子代生成策略，生成新一代井网/注采方案，全局随机搜索算法包括遗传算法、粒子群算法、协方差矩阵进化算法；判断新生成的井网/注采方案是否满足约束条件，若不满足，转至前一步骤重新计算；判断新生成的井网/注采方案是否达到优化终止条件，当满足优化终止条件时，优化结束，否则返回计算当前迭代步各方案下平均饱和度的标准差。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Huang Yingsong Inventor after: Liu Weiwei Inventor after: Wang Bo Inventor after: Guo Longfei Inventor after: Wang Duanping Inventor after: Lai Shumin Inventor after: Feng Qihong Inventor after: Zhang Yigen Inventor after: Liu Zhihong Inventor after: Wei Ming Inventor after: Wang Xiang Inventor after: Yang Shengbo Inventor before: Wang Duanping Inventor before: Wang Bo Inventor before: Lai Shumin Inventor before: Yang Shengbo Inventor before: Feng Qihong Inventor before: Zhang Yigen Inventor before: Wang Xiang Inventor before: Liu Zhihong Inventor before: Wei Ming Inventor before: Huang Yingsong Inventor before: Guo Longfei Inventor before: Liu Weiwei |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |