CN112084637B - 压裂高维参数的自动搜索方法、装置和设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种压裂高维参数的自动搜索方法、装置和设备，其中，该方法包括：获取多个待优化的压裂参数的初始值；根据多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值；根据各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立目标区域的裂缝模型；基于裂缝模型以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到各个待优化的压裂参数的最优值，各个水平井利用待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工。在本申请实施例中，可以基于表征裂缝整体形态的裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，从而可以高效地在全局搜索空间内确定待优化的压裂参数的最优值的组合。
Description
技术领域
本申请涉及油气勘探技术领域，特别涉及一种压裂高维参数的自动搜索方法、装置和设备。
背景技术
随着油气消费继续快速增长，实现非常规油气规模效益开发对保障油气供给安全具有重要意义。水力压裂技术是非常规油气资源有效经济开发的必要手段，优化水力压裂施工参数是最大化经济效益的主要途径，对井场内多口水平井进行多级多簇压裂的多井多级多簇压裂模式是目前非常规储层开发的首要模式。
现有技术中的水平井多井多级多簇压裂的参数优化主要依靠单一的裂缝扩展模拟或油气藏产能模拟手段，在进行多参数优化时，主要采用敏感性分析方法，即固定其他参数改变单一参数，并且优化范围局限于人为设定备选方案，无法在整个参数空间内自动寻找，从而使得优化得到的多井多级多簇压裂参数并非全局最优，只能属于局部最优。因此，采用现有的多井多级多簇压裂参数优化方法无法综合考虑整体裂缝形态对油气藏生产特征的影响在全局搜索空间内寻找最佳匹配的压裂参数。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种压裂高维参数的自动搜索方法、装置和设备，以解决现有技术中无法综合考虑整体裂缝形态对油气藏生产特征的影响在全局搜索空间内寻找最佳匹配的压裂参数的问题。
本申请实施例提供了一种压裂高维参数的自动搜索方法，包括：获取多个待优化的压裂参数的初始值；根据所述多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值；根据所述各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立所述目标区域的裂缝模型；基于所述裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到所述各个待优化的压裂参数的最优值；其中，所述各个水平井利用所述各个待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工。
本申请实施例还提供了一种压裂高维参数的自动搜索装置，包括：获取模块，用于获取多个待优化的压裂参数的初始值；确定模块，用于根据所述多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值；建立模块，用于根据所述各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立所述目标区域的裂缝模型；处理模块，用于基于所述裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到所述各个待优化的压裂参数的最优值；其中，所述各个水平井利用所述各个待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工。
本申请实施例还提供了一种压裂高维参数的自动搜索设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现所述压裂高维参数的自动搜索方法的步骤。
本申请实施例提供了一种压裂高维参数的自动搜索方法，可以通过获取多个待优化的压裂参数的初始值，并根据多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值。根据各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立目标区域的裂缝模型，从而可以确定目标区域中各个水平井中裂缝的整体形态。进一步的，可以基于上述表征裂缝整体形态的裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，从而可以高效地在全局搜索空间内搜索确定各个待优化的压裂参数的最优值的最佳组合。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的压裂高维参数的自动搜索方法的步骤示意图；
图2是根据本申请具体实施例提供的利用多井多级多簇压裂裂缝扩展模拟器模拟得到的裂缝形态的示意图；
图3是根据本申请具体实施例提供的裂缝模型的示意图；
图4是根据本申请具体实施例提供的基于目标函数对经济净现值持续迭代的结果的示意图；
图5是根据本申请具体实施例提供的各个压裂级的施工压力迭代的结果的示意图；
图6是根据本申请具体实施例提供的各个压裂级的泵注体积迭代的结果的示意图；
图7是根据本申请具体实施例提供的裂缝间距迭代的结果的示意图；
图8是根据本申请实施例提供的压裂高维参数的自动搜索装置的结构示意图；
图9是根据本申请实施例提供的压裂高维参数的自动搜索设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本申请的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本申请，而并非以任何方式限制本申请的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域的技术人员知道，本申请的实施方式可以实现为一种系统、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本申请公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
虽然下文描述流程包括以特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些过程可以包括更多或更少的操作，这些操作可以顺序执行或并行执行(例如使用并行处理器或多线程环境)。
请参阅图1，本实施方式可以提供一种压裂高维参数的自动搜索方法。该压裂高维参数的自动搜索方法可以用于根据目标区域中的整体裂缝形态在全局搜索空间内寻找最佳匹配的压裂参数。上述压裂高维参数的自动搜索方法可以包括以下步骤。
S101：获取多个待优化的压裂参数的初始值。
压裂是指采油或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂。压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。在本实施方式中，可以先确定多个待优化的压裂参数，并获取上述多个待优化的压裂参数的初始值。
在本实施方式中，上述压裂参数可以为预先设计的用于压裂施工的参数，上述压裂参数可以为压裂高维参数，其中，高维是指多个。上述压裂参数可以包括：裂缝破裂压力、延伸压力与闭合压力、压裂液的类型、流变性、粘温粘时性、滤失与损害等数据、水平井的裂缝间距、泵注压力、泵注液体体积、支撑剂的类型及其抗压强度、导流能力与裂缝支撑剂层渗透率等数据、泵注排量、平均砂液比、泵注程序、压裂设备功率及其压力极限等。当然可以理解的是，上述压裂参数还可以包括其它数据，例如：油气井参数和油气层参数等，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在一个实施方式，如果采用的是多井多级多簇压裂，上述压裂参数中还可以包括：每一级压裂的泵注压力、每一级压裂的泵注液体体积、每一级压裂的泵注排量等，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在本实施方式中，由于上述压裂参数中并不是每一个参数均会对压裂效果产生直接或者较大的影响，以实现经济效益最大化，因此，可以先从上述压裂参数中确定出需要进行优化的至少两个待优化的压裂参数。
在一个实施方式中，可以根据压裂参数对压裂效果的影响程度来确定待优化的压裂参数，或者，可以优选连续变量作为待优化的压裂参数，或者可以根据实际需求确定待优化的压裂参数，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在一个实施方式中，可以在确定出需要进行优化的至少两个待优化的压裂参数之后，确定各个待优化的压裂高维参数的自动搜索的取值范围，取值范围可以为该压裂参数的所有可能取值，也可以是人为根据历史经验设定的取值范围，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在本实施方式中，上述多个待优化的压裂参数的初始值可以为在压裂前预先根据人为经验或者按照预定公式计算得到的值。在一个实施方式中，获取多个待优化的压裂参数的初始值的方式可以包括：接收用户输入的多个待优化的压裂参数的初始值，或者，可以按照预设路径查询得到。当然可以理解的是，还可以采用其它可能的方式获取上述样本数据集，例如，在网页或者数据库中按照一定的查找条件搜索多个待优化的压裂参数的初始值，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在一个实施方式中，可以将水平井的裂缝间距、每一级压裂的泵注压力和每一级压裂的泵注液体体积作为待优化的压裂参数，当然可以理解的是，还可以选用其它压裂参数作为待优化的压裂参数，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
S102：根据多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值。
在本实施方式中，由于上述压裂参数可以为预先设计的用于压裂施工的参数，因此，可以根据上述多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值。其中，上述多个裂缝参数的值可以用于表征根据上述多个待优化的压裂参数的初始值，对各个水平井进行压裂施工得到的各个裂缝的形态。
在本实施方式中，可以根据上述多个待优化的压裂参数的初始值，利用数值模拟软件对上述目标区域中各个水平井进行多井多级多簇压裂的过程进行模拟，从而可以得到各个水平井压裂得到的裂缝的形态。其中，上述多井多级多簇压裂为对目标区域内多口水平井进行多级多簇压裂，考虑了井间干扰。
在一个实施方式中，上述裂缝参数可以包括：裂缝长度、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝的总条数、裂缝位置、裂缝的导流能力、水平井的长度、井间距、裂缝编号、裂缝与水平井筒相交处的网格编号、裂缝半长和裂缝的平均宽度。当然可以理解的是，在一些实施例中，上述裂缝参数中还可以包括其它参数，例如：裂缝强度指数等，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在一个实施方式中，上述各个水平井对应的多个裂缝参数的值可以以表格的形式呈现，或者也可以采用图像的形式呈现，例如：裂缝形态二维图、裂缝形态三维图等，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在一个实施方式中，在得到目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值之后，可以将各个水平井对应的多个裂缝参数的值按照预设的存储路径存储至预设文件夹中，或者，存储至数据库中以供建立裂缝模型时使用，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
S103：根据各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立目标区域的裂缝模型。
在本实施方式中，为了可以直观地展现在目标区域中压裂得到的整体裂缝形态，可以根据上述各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立目标区域的裂缝模型。其中，上述裂缝模型可以用于表征在目标区域中对各个水平井进行多级多簇压裂得到的裂缝的整体形态。
在一个实施方式中，可以利用油藏数值模拟软件(CMG)建立目标区域的裂缝模型，在建立目标区域的裂缝模型可以先定义整体模型框架。在一些实施例中，可以先确定模型大小的定义、储层孔渗饱的定义、储层流体组分的定义、岩石-流体压缩性的定义、初始条件的定义、计算控制的定义和井的定义。
在本实施方式中，上述模型大小可以用于表示建立模型的尺度，例如，上述模型大小可以为1000×1000×30m，当然可以理解的是，在其它实施例中还可以为其它值，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。上述储层孔渗饱可以表示孔隙度、渗透率和饱和度，上述储层流体组分可以表示轻质油、重质油和气组分含量设定，上述岩石-流体压缩性表示受地层应力影响、岩石和流体的可变形性，上述初始条件表示初始的储层性质参数，上述计算控制表示收敛准则的定义，上述井的定义表示井的长度、射孔位置等定义。
S104：基于裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到各个待优化的压裂参数的最优值；其中，各个水平井利用各个待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工。
在本实施方式中，为了综合考虑目标区域的整体裂缝形态对油气藏生产特征的影响，可以基于上述裂缝模型以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，以得到各个待优化的压裂参数的最优值。由于标量场的梯度是一个向量场，标量场中某一点的梯度指向在这点标量场增长最快的方向，因此，可以以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索压裂参数的最优值。
在一个实施方式中，在确定各个待优化的压裂参数的最优值之后，可以基于各个待优化的压裂参数的最优值对目标区域中的各个水平井进行压裂施工，从而实现经济效益最大化。
在本实施方式中上述各个待优化的压裂参数空间可以为高维空间，每个待优化的压裂参数为一个维度。各个待优化的压裂参数空间中可以包含各个待优化的压裂参数对应的所有可选值，从而使得搜索得到的各个待优化的压裂参数的最优值是多个待优化的压裂参数的最佳组合并且是全局最优。
在本实施方式中，上述随机单纯形近似梯度可以按照下述公式计算：
其中，dl为第l时间步的随机单纯形近似梯度，Np为待优化参数向量的扰动次数；Ne为不确定的地质模型个数(如模型的渗透率场不确定个数是10，那么将有10个地质模型参与计算迭代)；mk为第k个地质模型的压裂参数向量，k＝1,2,…,Ne；
为待优化参数向量产生的随机扰动向量；ul为第l时间步的优化向量。其中，上述待优化参数向量为包含多个待优化的压裂参数的列向量。其中，上述单纯形是代数拓扑中最基本的概念，单纯形是三角形和四面体的一种泛化。单纯形近似梯度可以用于进行多维参数的优化，将单纯形梯度信息作为优化算法的搜索方向。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例实现了如下技术效果：可以通过获取多个待优化的压裂参数的初始值，并根据多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值。根据各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立目标区域的裂缝模型，从而可以确定目标区域中各个水平井中裂缝的整体形态。进一步的，可以基于上述表征裂缝整体形态的裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，从而可以高效地在全局搜索空间内搜索确定各个待优化的压裂参数的最优值的最佳组合，进而可以实现对目标区域中各个水平井进行压裂的经济效益最大化。
在一个实施方式中，基于裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到各个待优化的压裂参数的最优值可以包括以下步骤。
S41：定义以经济净现值为输出的目标函数。
S42：根据目标函数建立迭代收敛准则。
S43：基于裂缝模型，根据目标函数和迭代收敛准则以随机单纯形近似梯度为搜索方向在压裂参数空间内搜索。
S44：在满足迭代收敛准则的情况下结束搜索，将目标函数取得最大值时对应的各个待优化的压裂参数的值作为各个待优化的压裂参数的最优值。
在本实施方式中，为了实现经济效益最大化，可以定义以经济净现值为输出的目标函数，其中，上述经济净现值是指用社会折现率将项目计算期内各年净效益流量折算到项目建设期初的现值之和，是反映建设项目对国际所做净贡献的一个绝对指标。
在本实施方式中，上述目标函数可以按照以下公式计算：
其中，u为包含多个待优化的压裂参数的待优化参数向量；n为时间步；Nt为总的时间步数；ro为油的价格，美元/桶；rg为气的价格，美元/千方；cw表示污水处理成本，美元/桶；b为折现率；Δtn为第n个时间步的步长；nw为目标区域中水平井的总数量；
为油的日生产速度，桶/每日；
为气的日生产速度，千方/每日；
为水的日生产速度，桶/每日；Cdrilling为钻井成本，美元；Ccompletion为完井成本，美元。
在本实施方式中，根据目标函数建立的收敛准则可以如下式中所示：
|ul+1-ul|≤e
其中，ul+1为第l+1时间步待优化参数向量的优化结果；ul为第l时间步待优化参数向量的优化结果；e为收敛误差。上述收敛误差可以为大于0的数值，例如：0.001、0.0012等，当然可以理解的是，还可以为其它任何可能的数值，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在本实施方式中，可以根据目标函数和迭代收敛准则以随机单纯形近似梯度为搜索方向在压裂参数空间内搜索，其中，上述目标函数取最大值时对应的待优化参数向量中各个待优化的压裂参数的值是最优的。上述收敛准则可以用于表征什么时候结束搜索，即在第l+1时间步待优化参数向量的优化结果与第l时间步待优化参数向量的优化结果之间的差值的绝对值小于等于上述收敛误差时结束搜索。
在一个实施方式中，根据多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值可以包括以下步骤。
S21：基于边界元法编制裂缝扩展模拟器。
S22：根据多个待优化的压裂参数的初始值，利用裂缝扩展模拟器模拟各个水平井的压裂过程，得到各个水平井进行每一级压裂后产生的多个裂缝参数的值，其中，多个裂缝参数用于表征各个水平井的裂缝形态。
在本实施方式中，上述边界元法是一种继有限元法之后发展起来的一种新数值方法，边界元法是只在定义域的边界上划分单元，定义在边界上的边界积分方程为控制方程，通过对边界分元插值离散，化为代数方程组求解，用满足控制方程的函数去逼近边界条件。
在本实施方式中，在采用多级多簇压裂技术时，上述裂缝扩展模拟器可以用于模拟各个水平井的多级多簇压裂过程，上述裂缝扩展模拟器的输出数据可以为各个水平井进行每一级压裂后产生的多个裂缝参数的值。
在一个实施方式中，根据多个待优化的压裂参数的初始值，利用裂缝扩展模拟器模拟各个水平井的压裂过程，可以包括：基于边界元法，求解在当前压裂级下目标区域内每一点由各个水平井包含的当前压裂级对应的裂缝单元引起的应力值。并根据在当前压裂级下目标区域内每一点由各个水平井包含的当前压裂级对应的裂缝单元引起的应力值，基于最大周向应力理论确定各个水平井中的裂缝在当前压裂级的下一压裂级中的扩展方向。
进一步的，可以根据各个水平井中的裂缝在下一压裂级中的扩展方向，利用当前压裂级得到的各个水平井的裂缝单元和在各个水平井的裂缝两侧外沿预设范围内的邻井裂缝单元进行下一压裂级的裂缝扩展，直至完成所有压裂级的裂缝扩展。
在一个实施方式中，可以按照以下公式基于边界元法，求解在当前压裂级下目标区域内每一点由各个水平井包含的当前压裂级对应的裂缝单元引起的应力值：
其中，
为第i个裂缝单元面的正应力，MPa；
为第i个裂缝单元面的剪应力，MPa；下标n,s分别为切向和法向；N为目标区域内总的裂缝单元数；Gij为三维有限缝高修正系数；
为由第j个裂缝单元上的切向位移引起的在第i个裂缝单元上的法向应力；
为由第j个裂缝单元上的切向位移引起的在第i个裂缝单元上的切向应力；
为由第j个裂缝单元上的法向位移引起的在第i个裂缝单元上的法向应力；
为由第j个裂缝单元上的法向位移引起的在第i个裂缝单元上的切向应力；
为第j个裂缝单元上的法向位移，m；
为第j个裂缝单元上的切向位移，m；Gij为与裂缝高度相关的已知系数。
在本实施方式中，考虑目标区域中所有的裂缝单元，
可以分别组成整体单元系数矩阵，当裂缝形态确定后，该整体单元系数矩阵是已知量，通过求解上述方程组成的方程组，就可以得到裂缝单元的法向位移
和切向位移
裂缝单元面正应力为裂缝面受到的净压力，当裂缝单元打开时，裂缝单元面剪应力为0。上述
可以表征第i个裂缝单元在法向上的边界条件；
可以表征第i个裂缝单元在切向上的边界条件。
在一个实施例中，可以按照以下公式基于最大周向应力理论确定各个水平井中的裂缝在当前压裂级的下一压裂级中的扩展方向：
K1 sinθ+K11(3cosθ-1)＝0
其中，K1为裂缝尖端一个单元张模式下的应力强度因子，
K11为裂缝尖端一个单元剪模式下的应力强度因子，
θ为裂缝尖端单元下一步的扩展方向，度。
在一个实施方式中，对于目标区域中同一口水平井，每个压裂级的裂缝扩展结束后，只将当前压裂级最终得到的一条裂缝的单元整合在上述整体单元系数矩阵中进行下一压裂级的计算。对于目标区域中不同的水平井，仅保留在当前压裂级得到的裂缝两侧外沿预设范围内的邻井裂缝单元参与下一压裂级的计算。其中，上述预设范围可以为大于0的数值，例如：20米、34米等，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在一个实施方式中，根据各个水平井对应的多个裂缝参数值，建立目标区域的裂缝模型，可以包括：对各个水平井进行每一级压裂得到的裂缝单元进行编号，利用编程语言，按照裂缝单元的编号依次读取各个裂缝单元对应的多个裂缝参数的值，并将各个裂缝单元对应的多个裂缝参数的值写入创建的裂缝定义文件中。进一步的，可以基于编程语言编写多井多级多簇裂缝建模程序，并根据多井多级多簇裂缝建模程序和裂缝定义文件，建立目标区域的裂缝模型。
在本实施方式中，可以按照压裂的先后顺序，或者，按照各个裂缝的位置排列顺序对各个水平井进行每一级压裂得到的裂缝单元进行编号。
在本实施方式中，上述编程语言是一种被标准化的交流技巧，用来向计算机发出指令，定义计算机程序，让程序员能够准确地定义计算机所需要使用的数据，并精确地定义在不同情况下所应当采取的行动的一种计算机语言。可以利用编程语言编写读取的路径、方式和数据等，从而实现自动读取数据。上述编程语言可以为C语言、C++语言等，具体的可以根据实际情况确定，本申请对此不作限定。
在本实施方式中，可以利用编程语言编写可以自动定义整体模型框架的程序。在一些实施例中，可以先确定模型大小的定义、储层孔渗饱的定义、储层流体组分的定义、岩石-流体压缩性的定义、初始条件的定义、计算控制的定义和井的定义。从而可以利用定义的整体模型框架和油藏数值模拟软件(CMG)建立目标区域的裂缝模型。
下面结合一个具体实施例对上述方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。
本发明实施提供了一种压裂高维参数的自动搜索方法，可以包括：
步骤1：基于边界元法编制多井多级多簇压裂裂缝扩展模拟器，并利用多井多级多簇压裂裂缝扩展模拟器模拟得到目标区域中各个水平井压裂得到的裂缝形态。
在本实施例中，边界元法模拟多裂缝扩展时，只需对裂缝扩展路径进行离散，无需对裂缝周围的岩石本体进行离散求解。基于边界元法，求解在当前压裂级下目标区域内每一点由各个水平井包含的当前压裂级对应的裂缝单元引起的应力值，并基于最大周向应力理论确定各个水平井中的裂缝在当前压裂级的下一压裂级中的扩展方向。
在本实施例中，对于目标区域中同一口水平井，每个压裂级的裂缝扩展结束后，可以根据上述下一压裂级中的扩展方向，将当前压裂级最终得到的一条裂缝的单元整合在整体单元系数矩阵中进行下一压裂级的计算。对于目标区域中不同的水平井，可以根据上述下一压裂级中的扩展方向，保留在当前压裂级得到的裂缝两侧外沿20米以内的邻井裂缝单元参与下一压裂级的计算，直至完成所有压裂级的裂缝扩展。
在本实施例中，裂缝扩展区域大小为1000m×1200m，储层垂深为2900m，储层厚度为20m。有效最小水平主应力为20MPa，有效水平最大主应力为25MPa。油水界面深度为3000m，储层基质孔隙度为0.11，裂缝孔隙度为0.001。储层基质渗透率为0.05mD，裂缝有效渗透率为4×10-4mD。
在本实施例中，目标区域包括3口水平井，每口水平井含有2级压裂，每级压裂含有4簇裂缝。水平井长度等于裂缝间距与裂缝条数的乘积，多个待优化的压裂参数包括3口水平井的裂缝间距、每一级压裂的泵注压力和每一级压裂的泵注液体体积，共15个待优化的压裂参数。其中，裂缝间距取值范围为10～60m，每一级压裂泵注压力取值范围为22～28MPa，每一级压裂泵注液体体积取值范围为400～4000m3。
在本实施例中，利用多井多级多簇压裂裂缝扩展模拟器模拟得到的裂缝形态可以如图2中所示，其中，横纵坐标的单位为米，well1为井1，well2为井2，well3为井3。
步骤2：基于C++程序语言自动读取利用多井多级多簇压裂裂缝扩展模拟器模拟得到的裂缝参数，创建并改写裂缝参数定义的Include文件。
在本实施例中，对每一口水平井的每一级压裂得到的裂缝单元进行编号，利用C++语言编写按照编号顺序读取裂缝单元的裂缝参数的程序。
在本实施例中，读取的裂缝参数可以包括：三口水平井的长度、井间距、每口水平井裂缝总条数、裂缝单元的编号、裂缝与水平井筒相交处的网格编号、裂缝半长和裂缝平均宽度。上述Include叫做文件包含命令，用来引入对应的头文件。
步骤3：基于C++程序语言编制CMG多井多级多簇裂缝自动建模程序，并利用CMG多井多级多簇裂缝自动建模程序建立目标区域的裂缝模型。
在本实施例中，自动建模程序需要创建的部分包括：模型大小定义、储层孔渗饱定义、储层流体组分定义、岩石-流体压缩性定义、初始条件定义、计算控制定义和井的定义。在利用C++程序语言定义整体模型框架后，向CMG中引入上述包含裂缝参数定义的Include文件，实现多井多级多簇裂缝模型的自动建模。
在本实施例中，根据图2中的裂缝形态对应的裂缝参数建立的裂缝模型可以如图3中所示，其中，横纵坐标的单位为米。
步骤4：定义以经济净现值为输出的目标函数，并根据目标函数建立迭代收敛准则。
在本实施例中，上述目标函数如下式中所示：
其中，u为包含多个待优化的压裂参数的待优化参数向量；n为时间步；Nt为总的时间步数；ro为油的价格，美元/桶；rg为气的价格，美元/千方；cw表示污水处理成本，美元/桶；b为折现率；Δtn为第n个时间步的步长；nw为目标区域中水平井的总数量；
为油的日生产速度，桶/每日；
为气的日生产速度，千方/每日；
为水的日生产速度，桶/每日；Cdrilling为钻井成本，美元；Ccompletion为完井成本，美元。
在本实施例中，根据目标函数建立的收敛准则可以如下式中所示：
|ul+1-ul|≤e
其中，ul+1为第l+1时间步待优化参数向量的优化结果；ul为第l时间步待优化参数向量的优化结果；e为收敛误差。上述收敛误差为0.0001，最大时间步数为50。
步骤5：基于上述裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到各个待优化的压裂参数的最优值。
在本实施例中，基于目标函数对经济净现值持续迭代的结果可以如图4中所示。根据图4可知经过优化，经济净现值从18.6×106美元增加到了22.06×106美元。其中，纵坐标NPV(USD)为经济净现值(美元)，横坐标Iteration为时间步。
在本实施例中，图5、图6和图7为以随机单纯形近似梯度为搜索方向进行搜索过程中，上述15个待优化的压裂参数同时迭代的结果。上述15个压裂设计参数包括：井1的第一级施工压力和泵注体积、井1的第二级施工压力和泵注体积、井1的裂缝间距(5个)；井2的第一级施工压力和泵注体积、井2的第二级施工压力和泵注体积、井2的裂缝间距(5个)；井3的第一级施工压力和泵注体积、井3的第二级施工压力和泵注体积。井3的裂缝间距(5个)。
图5为以随机单纯形近似梯度为搜索方向进行搜索过程中，各个压裂级的施工压力迭代的结果，根据图5可以看出，3口水平井每一级压裂的施工压力最优值集中在22-26.5MPa。其中，图5的横坐标Iteration为时间步，纵坐标Treatment Pressure为施工压力。图5中右侧图标从上到下依次为井1第一级压裂、井1第二级压裂、井2第一级压裂、井2第二级压裂、井3第一级压裂和井3第二级压裂。
图6为以随机单纯形近似梯度为搜索方向进行搜索过程中，各个压裂级的泵注体积迭代的结果，根据图6可以看出，3口水平井每一级压裂的泵注体积的最优值集中在1500-4000m3，只有第3口井第二级压裂的泵注体积最优值出现在边界4000m3。其中，图6的横坐标Iteration为时间步，纵坐标Treatment Volume为泵注体积。图6中左侧图标从上到下依次为井1第一级压裂、井1第二级压裂、井2第一级压裂、井2第二级压裂、井3第一级压裂和井3第二级压裂。
图7为以随机单纯形近似梯度为搜索方向进行搜索过程中，裂缝间距迭代的结果，根据图7可以看出，3口水平井裂缝间距最优值集中在35～40m之间。其中，图7的横坐标Iteration为时间步，纵坐标Fracture Spacing为裂缝间。图7中的图标从上到下依次为井1、井2、井3。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种压裂高维参数的自动搜索装置，如下面的实施例。由于压裂高维参数的自动搜索装置解决问题的原理与压裂高维参数的自动搜索方法相似，因此压裂高维参数的自动搜索装置的实施可以参见压裂高维参数的自动搜索方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图8是本申请实施例的压裂高维参数的自动搜索装置的一种结构框图，如图8所示，可以包括：获取模块801、确定模块802、建立模块803和处理模块804，下面对该结构进行说明。
获取模块801，可以用于获取多个待优化的压裂参数的初始值。
确定模块802，可以用于根据多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值。
建立模块803，可以用于根据各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立目标区域的裂缝模型。
处理模块804，可以用于基于裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到各个待优化的压裂参数的最优值；其中，各个水平井利用各个待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工。
本申请实施方式还提供了一种电子设备，具体可以参阅图9所示的基于本申请实施例提供的压裂高维参数的自动搜索方法的电子设备组成结构示意图，电子设备具体可以包括输入设备91、处理器92、存储器93。其中，输入设备91具体可以用于输入多个待优化的压裂参数的初始值。处理器92具体可以用于获取多个待优化的压裂参数的初始值；根据多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值；根据各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立目标区域的裂缝模型；基于裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到各个待优化的压裂参数的最优值；其中，各个水平井利用各个待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工。存储器93具体可以用于存储各个待优化的压裂参数的最优值等参数。
在本实施方式中，输入设备具体可以是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。存储器可以包括多个层次，在数字系统中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在系统中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
在本实施方式中，该电子设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
本申请实施方式中还提供了一种基于压裂高维参数的自动搜索方法的计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机程序指令，在计算机程序指令被执行时可以实现：获取多个待优化的压裂参数的初始值；根据多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值；根据各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立目标区域的裂缝模型；基于裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到各个待优化的压裂参数的最优值；其中，各个水平井利用各个待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工。
在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive，HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
虽然本申请提供了如上述实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法中可以包括更多或者更少的操作步骤。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施例提供的执行顺序。所述的方法的在实际中的装置或终端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种压裂高维参数的自动搜索方法，其特征在于，包括：
获取多个待优化的压裂参数的初始值；
根据所述多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值；
根据所述各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立所述目标区域的裂缝模型；
基于所述裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到所述各个待优化的压裂参数的最优值；其中，所述各个水平井利用所述各个待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工；
其中，根据所述多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值，包括：
基于边界元法编制裂缝扩展模拟器；
根据多个待优化的压裂参数的初始值，利用所述裂缝扩展模拟器模拟所述各个水平井的压裂过程，得到所述各个水平井进行每一级压裂后产生的多个裂缝参数的值，其中，所述多个裂缝参数用于表征所述各个水平井的裂缝形态，
其中，根据多个待优化的压裂参数的初始值，利用所述裂缝扩展模拟器模拟所述各个水平井的压裂过程，包括：
基于所述边界元法，求解在当前压裂级下所述目标区域内每一点由所述各个水平井包含的当前压裂级对应的裂缝单元引起的应力值；
根据在当前压裂级下所述目标区域内每一点由所述各个水平井包含的当前压裂级对应的裂缝单元引起的应力值，基于最大周向应力理论确定所述各个水平井中的裂缝在当前压裂级的下一压裂级中的扩展方向；
根据所述各个水平井中的裂缝在下一压裂级中的扩展方向，利用所述当前压裂级得到的各个水平井的裂缝单元和在所述各个水平井的裂缝两侧外沿预设范围内的邻井裂缝单元进行所述下一压裂级的裂缝扩展，直至完成所有压裂级的裂缝扩展。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述各个水平井对应的多个裂缝参数值，建立所述目标区域的裂缝模型，包括：
对各个水平井进行每一级压裂得到的裂缝单元进行编号；
利用编程语言，按照裂缝单元的编号依次读取各个裂缝单元对应的多个裂缝参数的值；
将所述各个裂缝单元对应的多个裂缝参数的值写入创建的裂缝定义文件中；
基于编程语言编写多井多级多簇裂缝建模程序；
根据所述多井多级多簇裂缝建模程序和所述裂缝定义文件，建立所述目标区域的裂缝模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个裂缝参数，包括：裂缝长度、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝的总条数、裂缝位置、裂缝的导流能力、水平井的长度、井间距、裂缝编号、裂缝与水平井筒相交处的网格编号、裂缝半长和裂缝的平均宽度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到所述各个待优化的压裂参数的最优值，包括：
定义以经济净现值为输出的目标函数；
根据所述目标函数建立迭代收敛准则；
基于所述裂缝模型，根据所述目标函数和所述迭代收敛准则以随机单纯形近似梯度为搜索方向在压裂参数空间内搜索；
在满足所述迭代收敛准则的情况下结束搜索，将所述目标函数取得最大值时对应的所述各个待优化的压裂参数的值作为各个待优化的压裂参数的最优值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，按照以下公式计算所述目标函数：
其中，u为包含所述多个待优化的压裂参数的待优化参数向量；n为时间步；Nt为总的时间步数；ro为油的价格，美元/桶；rg为气的价格，美元/千方；cw表示污水处理成本，美元/桶；b为折现率；Δtn为第n个时间步的步长；nw为所述目标区域中水平井的总数量；
为油的日生产速度，桶/每日；
为气的日生产速度，千方/每日；
为水的日生产速度，桶/每日；Cdrilling为钻井成本，美元；Ccompletion为完井成本，美元。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个待优化的压裂参数，包括：水平井的裂缝间距、每一级压裂的泵注压力和每一级压裂的泵注液体体积。
7.一种压裂高维参数的自动搜索装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取多个待优化的压裂参数的初始值；
确定模块，用于根据所述多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值；
建立模块，用于根据所述各个水平井对应的多个裂缝参数的值，建立所述目标区域的裂缝模型；
处理模块，用于基于所述裂缝模型，以随机单纯形近似梯度为搜索方向在各个待优化的压裂参数空间内搜索，得到所述各个待优化的压裂参数的最优值；其中，所述各个水平井利用所述各个待优化的压裂参数的最优值进行压裂施工；其中，
所述根据所述多个待优化的压裂参数的初始值，确定目标区域中各个水平井对应的多个裂缝参数的值，包括：
基于边界元法编制裂缝扩展模拟器；
根据多个待优化的压裂参数的初始值，利用所述裂缝扩展模拟器模拟所述各个水平井的压裂过程，得到所述各个水平井进行每一级压裂后产生的多个裂缝参数的值，其中，所述多个裂缝参数用于表征所述各个水平井的裂缝形态；其中，
所述根据多个待优化的压裂参数的初始值，利用所述裂缝扩展模拟器模拟所述各个水平井的压裂过程，包括：
基于所述边界元法，求解在当前压裂级下所述目标区域内每一点由所述各个水平井包含的当前压裂级对应的裂缝单元引起的应力值；
根据在当前压裂级下所述目标区域内每一点由所述各个水平井包含的当前压裂级对应的裂缝单元引起的应力值，基于最大周向应力理论确定所述各个水平井中的裂缝在当前压裂级的下一压裂级中的扩展方向；
根据所述各个水平井中的裂缝在下一压裂级中的扩展方向，利用所述当前压裂级得到的各个水平井的裂缝单元和在所述各个水平井的裂缝两侧外沿预设范围内的邻井裂缝单元进行所述下一压裂级的裂缝扩展，直至完成所有压裂级的裂缝扩展。
8.一种压裂高维参数的自动搜索设备，其特征在于，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。
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