CN105473809B - 用于评估生产策略规划的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方法，该方法利用少量参数或初始条件生成井位置规划和油田开发规划、对不同规划的潜力进行评估和排名，从而当与本领域中所描述的技术相比时，大大降低了采取特定策略的决策时间。
Description
技术领域
本发明涉及利用少量参数或初始条件生成生产策略规划和油田开发规划、对不同规划的潜力进行评估和排名，从而当与本领域中所描述的技术相比时，大大降低了用于采取特定策略的决策时间。
背景技术
现有碳氢化合物储层生产策略的典型状态针对钻井计划表上的给定规划周期提供了生产决策以使生产最大化。典型的规划周期可以定位生产井和注入井。钻井计划表可以指示将要钻哪些井和何时钻这些井以及这些井将要操作的生产速率。改变位置，每个井的计划表和/或控制可能会改变生产以具有数百万美元的影响。因此，在宽范围的替选油气生产策略上评估储层生产潜力和经济性能是至关重要的。此外，因为在选择策略时存在大量的变量，这是耗时的活动。可用的信息常常是有限的并且基于不确定的储层地质和石油物理特性。通常，必须基于这些有限的信息作出重大投资决策，尤其是在地下调驱(例如利用水)是主要生产策略的情况下。
先前，有经验的储层工程师使用试错法单独且顺序地处理问题部件来启发式地定义和排名复杂的生产开发规划。例如，在选择了钻探位置之后，工程师启发式地定义钻井计划表。然而，这些特定的启发式的解决方案常常具有仅在开发它们的有限架构内的应用。另外，单独且顺序地处理部件可能已丢弃最吸引人或最优的解决方案，而不是达到整体最佳或最优的实现。
因此，需要大幅地减少针对全面储层生产策略必须考虑的钻井配置的数目，并且更具体地需要在不确定性下快速生成和排名若干代表性开发规划以快速地聚集在共同包含所有可用生产方面的规划。
发明内容
本发明涉及下述系统、方法和计算机程序产品，所述系统、方法和计算机程序产品用于利用少量参数或初始条件来生成井位置规划和油田开发规划、对不同规划的潜力进行评估和排名，从而当与本领域技术的状态相比时大大地降低了采用特定策略的决策时间。
本发明通过提供一种生成生产策略的方法来解决以上识别的问题，所述生产策略适用于自然环境中的碳氢化合物的储层的开采，其中，所述自然环境通过域(Ω)在其表面上进行限制。应当指出的是，如果碳氢化合物储层被水包围，则可以以碳氢化合物储层完全位于该域(Ω)内这样的方式来限定该域(Ω)。该方法包括以下步骤：
在所述域(Ω)中确定参考系，
确定机会指数OI作为在所述域(Ω)中定义的函数，该机会指数OI提供作为位置和局部特性的函数的局部生产潜力；
确定排放半径rd，所述排放半径rd提供作为机会指数的函数的在生产井的寿命结束时碳氢化合物的排放半径rd＝rd(OI)；
识别一个或多个生产行为地区簇作为具有相似局部生产行为的位置；
针对将要被开采的每个簇：
确定机会指数OI的代表值及其相应的排放半径rd＝rd(OI)；
提供角α；
根据具有规则图案的网格来生成所述簇的离散化，其中，所述图案的最近的节点之间的距离是2*rd，并且在所述参考系中用于选择所述网格中的参考线的网格的取向为角α；
将簇中的生产井位置确定为位于簇内的网格的节点的坐标。
按照根据这个方法的生产策略来确定生产井的位置减少了某一域(Ω)中对于实现准确储层模拟所必需的潜在开发规划的数目。
为了那个目的，机会指数被定义为针对每个位置对考虑每个位置的局部特性的碳氢化合物生产潜力进行量化的函数——例如，作为圈闭在那个位置中的碳氢化合物的量成正比并且与碳氢化合物流过在那个位置中的岩石的能力成反比的函数。从所收集的数据检索到的关于每个位置的局部特性的信息可以通过对考虑不确定性的被命名为“储层实现”的一组地质模型求平均来获得，其中，每个模型可以使用CFD(计算流体动力学)代码进行模拟。背离确定性数据，像插值、实验设计和其他那样的工具提供考虑不确定性的一组储层实现。作为平均值或分散性测度的统计变量可以在整个组的储层实现上来进行评估。在机会指数的特定情况下，在预定位置中采用的值是在借助于模拟计算的整个组的储层实现上测量的平均值。
具有相似机会指数的位置被分组成称为簇的地区，每个地区在碳氢化合物生产潜力方面具有相似的行为。要理解的是，“具有相似OI的位置”是其OI在一定数值范围内的位置。如果整个域在碳氢化合物生产潜力方面具有相似的行为，则可以提供仅一个簇。
新的函数即排放半径根据OI来确定，并且在一些情况下，也是作为将要在本发明的详细描述中说明的其他变量的函数。排放半径是针对每个井的最佳开采半径的测量，因为它以以下方式针对每个井提供了理想条件下在开采的寿命结束时的开采的半径：以每个井为中心、通过这样的半径确定的圆周彼此相切为一体。
用于碳氢化合物生产的位置的潜力的函数与每个井的开采半径之间的这种关联是利用足够少以致不需要重要计算资源的多个参数来生成井位置规划的有利方式。
对于每个簇，采用OI的代表值(例如，限定簇的范围的极端的算数平均)，然后计算后续的rd。
生成井位置规划的参数的数目相对较少，并且因此可以从一组参数快速地获得每个规划。如已经指出的，这些参数中的一些参数涉及作为局部特性的函数的OI和rd。其他参数定义参考系和相对于这个系规划的井位置，例如每个图案化网格的第一点的位置和这样的网格的参考线的角度。
一旦定义了参考系，则由于排放半径彼此相切为一体，所以井必须以2rd的距离来定位以符合这个条件。保持这个条件并且在第一点的原点处开始，生成网格以对簇进行离散化——节点是井本身的可能位置，以所述的距离2rd被分离。因此，网格是图案化网格，并且其相对于参考系的取向是通过角α给出的并且是选取网格的参考线的井位置规划的参数之一。一旦提供了这个角α，则通过图案化的网格的节点相对于参考系的位置来给出井位置。
附图说明
参照附图从以下对仅通过说明性而非限制性示例的方式提供的优选实施方式的详细描述中，将更清楚地看到本发明的这些特征和优点以及其他特征和优点。
图1该图示出了执行油田开发的域。
图2该图示出了在笛卡尔参考系下根据规则的网格被离散化成单元的域。
图3该图示出了网格中的生产井所在的若干节点以及这些生产井在其生产寿命结束时的排放半径。图3示出了正方形图案化网格。
图4该图示出了对于相对于参考系由角α定义的网格而言彼此分开了排放半径两倍的距离的生产井的位置。
图5该图示出了被分为两个簇的域，两个簇中的每一个具有关联的机会指数、排放半径和角α。
图6该图示出了当这些井在某一簇的内部时、当四个生产井的正方形图案处于该域内时以及当图案中的生产井中的至少一个落在边界之外时注入井的位置。
图7该图示出了被分成两个地区的域——一个地区具有碳氢化合物而另一个地区具有水，其中在水地区中沿两个地区之间的边界定义了带状区域。
图8该图示出了对应于具有外周注入的域的带状区域，该区域被分为注入簇，每一个具有其对应的注入指数和注入半径。
图9该图示出了确定具有外周注入的开发规划中的第一注入井的方法。
图10该图示出了以n个参数作为初始条件以及要对N个开发规划排名的开发规划的流程图。
具体实施方式
本发明提出了一种井位置规划，该井位置规划相对于本领域状态的井位置规划而言是有利的，因为它提供了需要较少设计参数的准确启发式解决方案并且因此提供了较不复杂(且耗时较少)的预测。
机会指数定义了域(Ω)中的某一位置的碳氢化合物生产潜力，然后将针对这样的位置的排放半径rd定义为QI的函数，使得OI越高则rd越高。
在本发明的特定实施方式中，QI与rd之间的关系是rd＝a*OIb，其中，在这个示例中，基于每个簇的局部特性的正的常数a和b是用于计算潜在井位置规划的参数中的两个参数。
在又一特定实施方式中，井位置规划由每个簇的五个参数(足够小以使得允许借助于实验设计技术在大约几小时内以相对详尽的方式对域(Ω)进行开采的数目)来控制。除了a和b，在特定实施方式中，其他参数是涉及参考系的空间参数(图案化网格的第一点的坐标i和j以及前述每个簇的角度α)。此外，同样的五个参数可共用于所有簇，使得不管正在考虑的簇的数目如何，参数的总数目为五。
如图2所示，为了计算的目的，将域(Ω)离散化成单元格。为了更加清楚，已有意非常粗糙且规则地选择了图2中所示的计算网格。对于每个单元格，必须估计或计算OI。当在域上执行的流量的数值模拟是基于仅作为示例的有限体积法或有限元法时是这种情况。在这个阶段，仅需要储层地质特性和石油物理特性。
如图5所示，域(Ω)被划分成簇(C1，C2)，其位置具有包括在特定范围内的机会指数。代表性OI与每个簇(C1，C2)例如簇上的平均值相关联，并且如已经说明的，代表性rd是例如根据公式rd＝a*OIb而计算的。
如在图3中所示的，一旦计算了rd，则确定了网格间距。网格的节点被视为生产井位置，并且因此网格间隔被选择成2·rd，以便使井位置最优化，因为在其生产寿命结束时，每个生产井将会排放与邻近的生产井的周围排放面积不重叠的最大面积。图3示出了由正方形形成圆周中心的图案。还可以由等边三角形形成图案。由正方形形成圆周中心的图案在参考系(x，y)中进行表示并且根据选择网格的参考线的角度α＝0进行定向。
一旦定义了具有OI和rd的不同簇，则针对限定其中最近节点之间的距离是排放半径(rd)的两倍的图案化网格的每个簇来获得针对(利用特定组的初始参数计算的)这个特定规划的生产井(P)的位置——这可以在其中使用正方形图案的图4和图5的示例中看出，图5的示例是针对其中具有相应排放半径(rd1,rd2)的两个簇(C1,C2)的情况；然后，将网格的第一点定位在簇的特定位置处，并且通过提供另一参数——涉及参考系的轴和网格的预选线的取向中之一的角α——来参考这个系统放置网格。在二维域(Ω)中网格的第一点相对于参考系的位置以及角α产生总共三个参数，所述三个参数添加到参数a和b产生对于特定示例而言每个簇的五个参数以描绘井位置规划的特征。
由于减少的参数数目描绘每个井位置规划的特征并且每个规划提供了用于开采储层的良好建议，所以与常常需要数千个规划或更多个规划的现有方法相反，非常少数目的井位置规划就足够了。作为结果，需要计算流量模拟的数目减少，从而减少了总计算工作量。
关于选择作为结果给出特定井位置(P)规划的一组参数(在特定示例中每个簇五个)，在特定示例中，使用在本领域中作为实验设计公知的技术。每组参数确定井位置规划。使用实验设计根据所公开的方法提供了多个不同的规划。
除了生产井(P)之外，一些开发规划包括注入井(I)，通过该注入井(I)添加水以清扫域(Ω)的不同区域。在一个特定示例中，如在图6中可以看到的，注入井(I)被放置在网格的图案(例如由针对特定簇设置生产井(P)的位置的每四个相邻节点形成的正方形图案)的重心处。当节点(P)中之一落在簇的外部(在其边界的另一侧)时，利用在所述簇内部的剩余的节点(P)来计算重心(I)。
替选地，如图7所示，如果储层易受外周注入的影响，则注入器(I)可以位于沿储层的水(W)侧与碳氢化合物(O)侧之间的交界面的边界(Г)延伸的带状区域(S)处并且位于交界面的水侧。为了确定带状区域中的注入井(I)之间的距离，定义了新的函数——注入指数(II)。像利用油生产潜力的OI一样，II考虑局部清扫潜力作为位置及其局部属性的函数。
如在OI的情况下一样，带状区域(S)中的具有处于预定值范围内的II的位置(也就是说具有相对相似行为的位置)被分组在带状区域(S)中的注入簇(S1，S2，S3)中。选取用于每个注入簇(S1，S2，S3)的代表性II，例如在这样的簇中的II的平均值。
同样地，根据每个注入簇(S1，S2，S3)的II来计算注入半径(ri)，使得II越高则rd越高，即所述簇(S1，S2，S3)中的单个注入器(I1，I2，I3)能够清扫的表面越大。在特定的示例中，ri被表示为ri＝c*IId，其中，c、d是取决于针对每个注入簇的局部特性的正的常数。
如在图8中可以看到的，从带状区域(S)的第一注入井位置(I1)开始，带状区域(S)中邻近的注入器(I1，I2，I3)之间的间距被计算为注入井(I1，I2，I3)所在的注入簇(S1，S2，S3)的注入半径(ri1，ri2，ri3)的两倍。当到达不同的注入簇(S1,S2,S3)时，所考虑的注入半径是带状区域(S)中的前面注入井(I1，I2，I3)所在的簇(S1，S2，S3)中之一。此外，注入井(I1，I2，I3)根据现有注入簇(S1，S2，S3)进行定位直到到达新的簇(S1，S2，S3)。
在特定的示例中，以此方式继续注入井(I1，I2，I3)的这种生成直到带状区域中的所有簇被穷尽为止或者(当带状区域(S)是闭合区域时)直到到达第一注入井(I1)为止。
在又一示例中，为了计算模拟的目的，带状区域(S)是离散域的单元格(如图2中的单元格)的宽度。
在又一示例中，带状区域(S)的宽度是相邻的生产(P)井与其相应图案的中心之间的距离的一小部分。
相对于确定带状区域(S)中用于外周注入的第一注入井(I1)，在一个实施方式中，如图9所示来计算这个第一位置，也就是说，定义具有油区域的外部生产井(P)的多面体，计算这个多面体的质心(CM)以及确定该质心相对于碳氢化合物(O)与水(W)之间的边界的正交投影。在又一示例中，在簇的油区域的全部生产井(P)上计算质心。
在又一示例中，计算带状区域(S)中用于外周注入的第一注入井(I1)的位置，从而确定具有较高机会指数OI的生产井(P)相对于碳氢化合物(O)与水(W)之间的边界的正交投影。
一旦所有的注入器和生产器被布置在域中，则可以使用生产潜力或注入潜力的测量值来从生产规划中移除这些井中一些。合适的生产潜力测量或注入潜力测量可以包括例如机会指数和注入指数。
与井位置规划相类似，使用其他参数来控制钻井计划表。钻井计划表包括生成包括生产井(P)的列表或者包括生产井(P)与注入井(I)二者的列表，其中根据三个准则对这样的列表进行排序。在特定示例中，三个输入参数用于这个任务并且该列表包括生产井(P)和注入井(I)二者。在又一示例中，三个参数中的两个定义生产和所跟随的注入的顺序以完成域(Ω)的开采(例如，重复在钻两个生产井(P)之后钻一个注入井(I)的基本模式直到所有的井(P,I)被考虑为止)，而剩余的参数指示钻两个连续井之间的时间间隔(假设对于所有的钻井顺序而言是相同的)。用于生产井(P)和注入井(I)二者的钻井顺序是根据不同的准则而预定的。
在特定的示例中，这个准则如下：由下述列表给出顺序：列表中的第一井(P,I)是具有较高指数(OI和II)的那些井、较靠近域(Ω)的外部边界或较靠近域(Ω)中的碳氢化合区(O)与水(W)之间的交界面边界的那些井或者与在前或先前井(P,I)具有较小平均距离的那些井。利用这个准则，在井(P,I)的开采中存在足够的选择，因为首先要被钻的井是具有更多油潜力的井、从边界能够更容易到达的井以及彼此较靠近的井。如果三个条件中的每一个被给出权重，则可以同时考虑三个条件。
对于考虑井位置规划和钻井位置二者的特定示例，借助于诸如实验设计的技术来选择n个参数(在这个特定示例中为八个)以获得某一井位置规划和钻井规划。在又一示例中，还基于对储层的平均潜在采收率的估计、常用注入过程、标准经济约束等来提供井控制。然后根据诸如净现值(NPV)的技术来对井位置规划和钻井位置的数目(即根据作为本发明的主要创造性方面的方法而估计的开发规划的数目(N)，每个具有一组(n个)参数(例如八))进行排名，以选择最适当的选项。
排名测量是在所有储层实现(例如用于确定机会指数的那些储层实现)上求平均的测量。例如，如果NPV是排名测量，则针对每个油田开发规划，排名测量是所有实现上的所有NPV的平均值。用于估计开发规划的计算成本主要取决于流量模拟的计算成本。在这个情况下，由于本发明的主要方面的方法，所以实验设计仅需要数目减少的规划——因为每个规划提供以效率方式选择的井分布和钻井计划表——并且因此实验设计不需要开采大量的井位置以到达有效的井。在现有技术中，井分布被委托给实验设计，因此提议的数目需要足够大以获得合理的结果。由于每个提议需要流量模拟，所以本发明的计算成本大幅地降低。针对这个示例，具有最高平均NPV的油田开发规划排名最高或第一。
图10示出了计算N个不同的排名测量(105)例如NPV的流程图，其中，用于每个开发规划的一个排名测量以一组n个参数(其中m个参数生成井位置(102)并且剩余的n-m个参数生成井计划规划(103))开始，提供有井控制的开发规划(104)。一旦估计了排名测量(105)，则对N个不同的开发规划进行排序。具有最高排名测量的开发规划被提议作为该方法的结果。
在又一示例中，可以通过涉及(一个或多个)邻近簇中的注入器位置之间的距离和注入指数的固定关系来确定簇内的注入器位置之间的距离。特别地，这不引入用于定位注入器的另外的参数。
有利地，本发明根据与其他现有方法所需的设计参数相比较少的设计参数而显著提供了准确启发式的解决方案，并因此提供了较不复杂(且耗时较少)的预测。
Claims (20)
1.一种生成生产策略的方法，所述生产策略适用于自然环境中的碳氢化合物的储层的开采，其中，所述自然环境通过域(Ω)在其表面上进行限制，所述方法包括以下步骤：
在所述域(Ω)中确定参考系；
确定作为在所述域(Ω)中定义的函数的机会指数OI，所述机会指数OI提供作为位置和局部特性的函数的局部生产潜力；
确定排放半径rd，所述排放半径rd提供作为所述机会指数的函数的在生产井的寿命结束时所述碳氢化合物的排放半径rd＝rd(OI)；
识别一个或多个生产行为地区簇(C1，C2)作为具有相似局部生产行为的位置；
针对将要被开采的每个簇(C1，C2)：
确定所述机会指数OI(OI1，OI2)的代表值及其相应的排放半径rd＝rd(OI),(rd1，rd2)；
提供角α(α1，α2)；
根据具有规则图案的网格来生成所述簇的离散化，其中，所述图案的最近的节点之间的距离是2*rd，并且在所述参考系中用于选择所述网格中的参考线的所述网格的取向为角α；
将所述簇(C1,C2)中的生产井位置(P1,P2)确定为位于所述簇(C1,C2)内的所述网格的节点的坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生产行为地区簇(C1,C2)是响应于所述机会指数OI而定义的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述域(Ω)中生成生产井位置(P)之后，所述方法包括根据以下步骤来生成注入井(I)位置：
针对具有生产井(P1，P2)的预定簇，定义所述预定簇的图案化网格中的图案作为一组相邻的生产井(P)，其中，所述生产井(P1，P2)的位置定义所述图案化网格中的图案；
将所述预定簇中的注入井(I1，I2)位置确定为落入所述预定簇内的图案的节点的重心的坐标。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，至少一个簇的图案化网格中的图案具有正方形形状，所述正方形形状的顶点对应于四个相邻的生产井位置。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，至少一个簇的图案化网格中的图案具有等边三角形形状，所述等边三角形形状的顶点对应于三个相邻的生产井位置。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，对所述预定簇中的注入井(I1，I2)位置的确定是针对在所述簇内具有至少两个生产井的所有图案执行的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述域(Ω)中生成生产井(P)位置之后，所述方法包括根据以下步骤来生成注入井(I)位置：
确定所述域(Ω)中的碳氢化合物(O)与水(W)相之间的储层界线；
确定沿边界延伸并且位于水侧(W)的带状区域(S)；
响应于注入指数(II)而识别所述带状区域(S)中的行为地区簇(S1，S2，S3)作为具有类似行为的位置，所述注入指数(II)提供局部扫除潜力作为位置和局部特性的函数；
确定针对水的注入半径ri，所述注入半径ri 提供作为所述注入指数的函数的注入井的注入半径ri＝ri(II)；
确定所述带状区域中的第一注入井(I1)位置；以及
根据所述第一注入井(I1)位置，在所述带状区域(S)中生成其他注入井(I1，I2，I3)位置，以距离2*ri(II)开始每个其他注入井(I1，I2，I3)位置，其中，所述注入指数(II)是在前面的注入井(I1，I2，I3)所在的带状区域(S)的簇(S1，S2，S3)中测量的。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，生成第二注入井和其他注入井(I1，I2，I3)位置直到首先满足下述条件中之一为止：所述带状区域(S)中的地区簇(S1，S2，S3)被耗尽；或者到达具有所述第一注入井位置(I1)的簇(S1)。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述带状区域中的所述第一注入井位置被确定为以下选项中之一：
在所述簇的油区域的全部生产井(P)上计算的生产井位置的质心在交界面边界上的正交投影；
在所述簇的油区域的外部生产井(P)上计算的生产井位置的质心在所述交界面边界上的正交投影；或者
具有较高机会指数OI的生产井(P)的位置在所述交界面边界上的正交投影。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述域(Ω)被离散化成单元格，并且其中，所述带状区域(S)的宽度为以下选项中之一：
所述宽度具有一个单元格；
所述宽度是相邻的生产(P)井与其对应图案的中心之间的距离的一小部分。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，作为所述机会指数OI的函数的在生产井的寿命结束时碳氢化合物的排放半径被表达为rd＝a*OIb，其中，a、b是取决于所述局部特性的正的常数。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，作为所述注入指数( II) 的函数的针对水的注入半径ri被表达为ri＝c*IId，其中，c、d是取决于所述局部特性的正的常数。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，在已经确定生产井(P)位置并且如果有的话已经确定注入井(II)位置之后，所述方法还包括生成钻井计划表。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，生成钻井计划表包括生成包括所述生产井(P)或者包括生产井(P)和注入井(I)二者的列表，其中，根据以下准则中之一来对这样的列表进行排序：
所述列表中的第一井(P，I)是具有较高指数的那些井，
所述列表中的第一井(P，I)是较靠近所述域(Ω)的边界或者所述域(Ω)中的碳氢化合物(O)与水(W)之间的交界面边界的那些井，
所述列表中的第一井(P，I)是与预定数目的在前和先前井(P，I)具有较小平均距离的那些井。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，在生成钻井计划表之后，所述方法还包括生成用于控制井生产的生产井控制。
16.一种评估碳氢化合物能源生产开发策略的方法，所述碳氢化合物能源生产开发策略用于从碳氢化合物的自然环境中寻找碳氢化合物，所述方法包括：
生成多个生产开发规划，每个规划包括以下步骤：
根据权利要求1至12中的任一项来生成生产井(P)位置以及如果有的话生成注入井位置(I)；
根据权利要求13至14中任一项来生成针对生产井(P)的钻井计划表以及如果有的话生成针对注入井(I)的钻井计划表；
根据权利要求15来生成用于控制井生产的生产井(P)控制以及如果有的话生成用于控制井生产的注入井(I)控制；
生成用于井生产的平均排名测量；以及
使经排名的所述多个生产开发规划可用。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，实验技术的设计被应用于生成所述多个生产开发规划。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，确定所述平均排名测量包括针对所述每个生产开发规划来对动态特性求平均。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述动态特性包括净现值(NPV)或采收率。
20.一种数据处理系统，包括适于执行根据权利要求1至19中任一项所述的方法的装置。
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