JP2013528731A - 成熟ガス産地または成熟石油産地の生産を向上させる方法 - Google Patents

Abstract

複数の既存の坑井を備える成熟ガス産地または成熟石油産地の生産を向上させる方法であって、既存の坑井の生産パラメータと、場合によっては１つ以上の新たな坑井の位置および生産パラメータとを含むデータの集合である所定のシナリオに応じて産地の生産を予測可能な産地シミュレータを設けることと、産地シミュレータを用いて既存の坑井の排油エリアを決定することと、新たな坑井の候補の前記産地シミュレータを用いて決定される排油エリアが前記既存の坑井の排油エリアと重ならないように、前記新たな坑井の候補の位置を決定することと、それぞれが既存の坑井と、新たな坑井の候補から選択された新たな坑井とを含む複数の坑井集合から、産地の生産に依存する利得関数の値を最適化する坑井集合を決定することにより、利得関数の値を最適化することと、を含む方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、成熟ガス産地または成熟石油産地の生産を向上させることに関する。より正確には、本発明は、新たな坑井および／または新たな注入井の掘削位置を決定するための産地シミュレータの使用に関する。

多くの生産井と長い生産履歴を有する成熟石油産地または成熟ガス産地は、適切に把握することが年を経るごとにますます難しくなる。通常、数回の掘削作業の後には、手頃なハードウェア技術を用いてそれらの劣化を緩和するためのはっきりした解決手段は存在しない。しかし、成熟産地全体のいわゆる「基本的」または「平常通りの」挙動に対して、生産を向上させる余地は依然としてある。

成熟石油産地または成熟天然ガス産地の挙動をモデル化し、適用された生産パラメータの所定の集合に応じて期待生産量を予測するために、産地シミュレータが開発されてきた。産地の生産を、所定のシナリオについて、比較的短い時間（数秒）で坑井ごとに予測可能なタイプの産地シミュレータが最近登場した。

しかし、追加の坑井を掘削する仕方については相当数のバリエーションが予想でき、数十億もの可能的なシナリオが存在する。これまでのところ、伝統的な解析で、最適なシナリオを確実に特定できたものはない。特に、最良のシナリオを選択するために、伝統的なメッシュ式の産地シミュレータを用いて可能的なシナリオのそれぞれについて産地の生産を判定すると、過剰な演算時間を要することになる。

本発明は、上記の課題を考慮して達成されたものであり、その目的は、過剰な演算時間を要しない、成熟天然ガス産地または成熟石油産地の生産を向上させる方法を提供することである。

本発明は、本発明に係る成熟ガス産地または成熟石油産地の生産を向上させる方法を提供し、上記産地は複数の既存の坑井を備え、上記方法は、
上記既存の坑井の生産パラメータと、場合によっては１つ以上の新たな坑井の位置および生産パラメータとを含むデータの集合である所定のシナリオに応じて上記産地の生産を坑井ごとに予測可能な産地シミュレータを設けることと、
上記産地シミュレータを用いて上記既存の坑井の排油エリア（drainage area）を決定することと、
新たな坑井の候補の上記産地シミュレータを用いて決定される排油エリアが上記既存の坑井の排油エリアと重ならないように、上記新たな坑井の候補の位置を決定することと、
それぞれが上記既存の坑井と上記新たな坑井の候補の中から選択された新たな坑井とを含む複数の坑井集合から、上記産地の生産に依存する利得関数（gain function）の値を最適化する坑井集合を決定することにより、上記利得関数の値を最適化することと、
を含む。

本発明の方法によれば、上記新たな坑井の候補は、それらの排油エリアが上記既存の坑井の排油エリアと重ならないように決定される。従って、新たな坑井について多数の位置が考えられる場合と比べて、新たな坑井の候補の数が減少する。上記利得関数は上記産地の生産に依存するので、その値を所定のシナリオについて決定するには、上記産地シミュレータを用いる必要がある。しかし、上記新たな坑井の候補の中から新たな坑井を選択することによって最適化が実行されるので、シナリオの数は、可能的なシナリオの数と比べて減少する。最適化は、可能的なシナリオのそれぞれについて上記産地シミュレータを用いることを要しないので、演算時間が短縮される。

一実施形態では、上記方法は、少なくとも１つの発見的規則を適用することによって、新たな坑井の候補を事前選択する、または除外する発見的ステップを含み、上記複数の坑井集合はそれぞれ、上記既存の坑井と、事前選択された上記新たな坑井の候補の中から選択された新たな坑井とからなる。

これにより、シナリオの数をさらに減少させることが可能になる。

例えば、上記発見的規則は、新たな水平坑井の候補の向きに応じて、当該新たな水平坑井の候補の事前選択および除外を行うことを含む。

上記発見的規則は、新たな坑井の候補の上記既存の坑井からの距離に応じて、当該新たな坑井の候補の事前選択および除外を行うことを含んでもよい。

上記発見的規則はまた、新たな坑井の候補の上記産地シミュレータによって決定される累積石油生産量に応じて、当該新たな坑井の候補の事前選択および除外を行うことを含んでもよい。

一実施形態では、利得関数の値を最適化することは、決定性の最適化方法を適用することによって、所定の坑井集合について最適な生産パラメータを決定することを含む。

利得関数の値を最適化することは、非決定性の最適化方法を適用することによって、最適な所定の坑井集合を決定することを含んでもよい。

一実施形態では、上記利得関数の値を最適化することは、上記利得関数の値を最適化する注入井の集合を決定することを含む。

上記坑井は、単層または多層の地質を有してもよい。後者の場合には、上記産地シミュレータは、上記産地の生産を、坑井ごと、および層または層のグループごとに予測可能であってもよい。

上記方法は、上記利得関数の値を最適化する上記坑井集合が満たすべき制約条件を定めるステップを含んでもよい。

上記方法は、上記最適な生産パラメータが満たすべき制約条件を定めるステップを含んでもよい。

本発明のこれらおよび他の目的および特徴が、添付の図面を参照してなされる以下の好ましい実施形態の説明から、明らかになるであろう。

図１は、成熟石油産地の既存の坑井の排油エリアを示す概略図である。 図２は、図１の石油産地の新たな坑井の候補の排油エリアを示す図である。 図３は、図１の石油産地の新たな坑井の候補の排油エリアを示す図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る、成熟石油産地の生産を向上させる方法を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、上から見た成熟石油産地１の概略図を示す。石油産地１は、複数の既存の坑井２、２’を備える。既存の坑井２、２’は、詳細には、垂直坑井２と、水平坑井２’とを含む。一実施形態では、石油産地１はまた、注入井を備えてもよい。

坑井２、２’は、単層または多層の地質を有してもよい。

産地シミュレータは、所定のシナリオに応じて、石油産地１の生産を予測可能なコンピュータプログラムである。シナリオは、既存の坑井２、２’の生産パラメータと、場合によっては１つ以上の新たな坑井の位置および生産パラメータとを含むデータの集合である。一実施形態では、シナリオはまた、既存の注入井の生産パラメータと、新たな注入井の位置および生産パラメータとを含んでもよい。

より正確には、産地シミュレータは、石油産地１の生産を坑井ごとに予測可能であり、多層地質の場合は、層ごと、または層のグループごとに予測可能である。

生産パラメータは、例えば、流動坑底圧、坑口圧、ガスリフト率、ポンプ周波数、改修作業、仕上げの変更などを含んでもよい。新たな坑井については、生産パラメータは、掘削時間またはコンプリーション（completion）を含んでもよい。

上述したように、産地の生産を、所定のシナリオについて、比較的短い時間で、坑井ごとに、そして必要に応じて層ごとに予測可能なタイプの産地シミュレータが最近登場した。当業者であれば、そのような産地シミュレータを石油産地１に対して設けることが可能である。

本発明は、成熟天然ガス産地または成熟石油産地の生産を改善することを目指している。本実施形態では、新たな坑井を掘削すべき場所と時機を特定し、新たな坑井のそれぞれについてどの技術を用いるか（コンプリーションの種類、垂直か水平か、もし水平ならどちらの向きか）を特定することによって、石油産地１の生産を向上させる。他の実施形態では、新たな注入井を掘削すべき位置と時機を特定することによって、石油産地１の生産を向上させてもよい。

生産パラメータＢ_i、または坑井集合｛Ｗ_i｝が満たす必要のある制約条件を定めることができる。例えば、将来の生産パラメータに与えられる値は、既存のおよび／または新たな坑井について、履歴上観測された値から±２０％を越えて逸脱することはできない。同様に、新たな坑井の最大数はＮでなくてはならず、１年間にｎ個を越える坑井を掘削することはできない。

ここでは、石油産地１の生産を向上させるとは、産地の生産に依存する利得関数の値を、坑井ごとに、必要に応じて層ごとに、最大化することを意味する。例えば、利得関数は、５年間の産地の正味現在価値（ＮＰＶ）であってもよい。

例えば、簡易化した手法は、生産の割引価値を計算し、投資額（新たな坑井の掘削にかかるコスト）を差し引くことである。この場合、所定のシナリオについて、利得関数は（数１）であって、ここで、
｛Ｗ_i｝は、当該シナリオについての坑井集合であって、既存の坑井および新たな坑井を含み、
Ｂ_iは、坑井集合｛Ｗ_i｝の生産パラメータであり、
Ｐ_iは、坑井Ｗ_iについての石油生産（産地シミュレータを用いて算出される）を示し、
ｎは、坑井集合｛Ｗ_i｝における坑井の数であり、
Ｓは、税引き後の純石油販売価格を示し、
ｄは、割引率を示し、
Ｉ_ijは、ｊ年中に坑井Ｗ_iに費やされた投資額である。

利得関数ＮＰＶの値を最大化するとは、最適な坑井集合｛Ｗ_i｝とそれに対応する生産パラメータＢ_iとを特定することを含意する。この目的のために、本発明は２段階手法を用いる。まず、新たな坑井の候補を決定する。次いで、既存の坑井と新たな坑井の候補の中から利得関数の値を最大化する坑井集合｛Ｗ_i｝を選択するために、最適化処理を適用する。

以下、図４を参照して、この２段階手法の詳細な説明を行う。

まず、上述したように、ステップ１０において、産地シミュレータを設ける。

新たな坑井を含まない所定のシナリオについて、産地シミュレータは、各既存の坑井２、２’の累積石油生産量（ＣＯＰ）を、数年先、例えば、５年先まで予測できる。これにより、ステップ１１において、既存の坑井２、２’の排油エリア３、３’を決定することが可能になる。

排油エリアの算出は、その算出の結果、通常の産地と比べて実質的に生産の大きかった産地エリアを良好に把握できるような仕方で行われる。

例えば、浅い生産貯留層（深さｈが坑井同士の距離と比べて小さい）を想定すると、任意の既存の坑井Ｗ_iについて、排油エリアをその坑井Ｗ_i周辺の表層部Ｓ_iとして、
（ＣＯＰ）_i＝Φ_iＳ_iｈ_i（１−Ｓ_wi−Ｓ_or）_i
となるように定めることができ、ここで、
（ＣＯＰ）_iは、産地シミュレータにより予測される、坑井Ｗ_iによる５年先までの累積石油生産量であり、
Φ_iは、坑井Ｗ_i周辺の平均孔隙率であり、
Ｓ_wiは、不流動水飽和率であり、
Ｓ_orは、残留油飽和率である。

表層部Ｓ_iの形状は、産地と坑井技術とに依存する。石油産地１の例では、表層部Ｓ_iは、垂直坑井２については円であり、水平坑井２’については、主軸が排油路によって与えられる楕円である。図１は、既存の坑井２、２’の排油エリア３、３’を示している。

既存の坑井２、２’の排油エリア３、３’を一旦決定した後は、ステップ１２において、新たな坑井の候補の排油エリアが既存の坑井の排油エリア３、３’と重ならないように、新たな坑井の候補の位置を決定しうる。より正確には、これから説明するように、新たな坑井の候補を複数箇所マッピングしうる。

図１の空白領域は、新たな坑井を掘削しうる領域を示している。当該空白領域のうちの１つに配置される所定の新たな垂直坑井について、円形の排油エリアを、産地シミュレータを用い、上述したのと同じ方法で決定しうる。特にこの場合には同一の空白領域に配置される新たな坑井の全てが同一の排油エリアを有することになると想定すると、複数の同一サイズの円を、既存の坑井２、２’の排油エリア３、３’と重なることなく、空白領域に配置しうる。図２は、上述のように配置された複数の円４を示している。各円４の中心は、新たな垂直坑井の候補の位置を示す。

同様に、所定の新たな水平坑井について、楕円形の排油エリアを産地シミュレータを用いて決定しうる。複数の同一サイズ（または異なるサイズ、シミュレータにより定められる通り）の楕円を、既存の坑井２、２’の排油エリア３、３’と重なることなく、空白領域に配置しうる。図３は、上述のように配置された複数の楕円５を示しており、それらの主軸は同一方向を向いている。各楕円５の主軸は、新たな水平坑井の候補の排油路の位置を示す。異なる方向を向いた楕円を有する同様のマップを決定してもよい。例えば、楕円の主軸の向きが互いに１５°異なっている水平坑井の候補の８つのマップを決定する。

このようにして、垂直坑井および水平坑井について、複数の新たな坑井の候補の位置が決定された。次いで、ステップ１３において、前述したように、既存の坑井と新たな坑井の候補の中から利得関数の値を最大化する坑井集合｛Ｗ_i｝を選択するために、最適化処理を適用する。

より正確には、最適化処理は発見的手法、すなわち、決定性収束法と、非決定性収束法とを用いる。

発見的解決法は、新たな坑井を事前選択し、その他を除外することによって、新たな坑井の候補の数を減少させることを目指している。以下の規則が適用されうる。
新たな坑井の候補が、それらの累積石油生産量（上述したように、排油エリアを決定するための産地シミュレータによって決定される）に応じてランク付けされ、上位の候補のみ、例えば、上位５０％が事前選択される。これにより、十分多数の坑井を確保することが可能になる、というのも、坑井間の潜在的な相互作用によって、坑井のランキングが、新たな坑井が単独で、すなわち、競合する他の新たな坑井がない状態で生産を行うと仮定した場合の上述の初期のランキングから変更される可能性があるからである。
水平坑井の向きについては、一般地質学的な優先方向を考慮する。新たな水平坑井の候補は、それらの向きと地質学的優先方向との差に応じて、事前選択されるか、または除外される。例えば、新たな水平坑井の候補は、それらの向きと地質学的優先方向との差が１５°を越えない場合に事前選択される。その他の新たな水平坑井の候補は除外される。
新たな水平坑井の候補は、既存の坑井２、２’の１つに、例えば、坑井同士の距離の０．１倍よりも接近する場合に除外される。

決定性収束法は、所定の坑井集合｛Ｗ_i｝について、最適な生産パラメータＢ_iOを決定することを目指している。生産パラメータは、主に連続的なパラメータであるので、勾配または疑似勾配法や分枝切除法などの標準的な最適化方法（決定性および非決定性）を用いうる。

非決定性収束法は、利得関数ＮＰＶを最大化する坑井集合｛Ｗ_i｝を見出すことを目指している。坑井集合｛Ｗ_i｝は、離散的であるので、上記発見的規則とともに、非決定性の方法が適用される。それらの方法により、良好な候補の範囲を包括的に探査し最適な坑井集合｛Ｗ_i｝_Oを特定するために適切な坑井集合を選択することが可能となる。この最適な坑井集合｛Ｗ_i｝_Oは、既存の坑井２、２’と新たな坑井とを、それらの位置、技術（垂直または配向された水平）、および掘削日とともに包含する。このような方法は、例えば、模擬アニーリング法または進化的方法を含んでもよい。

このような非決定性の方法では、産地シミュレータを用い、多数の坑井集合について、所定の制約条件のもとで利得関数を算出する必要がある。しかし、坑井集合は、既存の坑井と、事前選択された新たな坑井の候補の中から選択された新たな坑井とを含むので、可能的な坑井集合の数は、数十億の可能的なシナリオと比べれば限られている。例えば、一実施形態では、数十万の坑井集合について利得関数が算出される。しかし、必要とされる演算時間は、数十億のシナリオについて利得関数を算出するのに必要とされるであろう演算時間と比べて短い。換言すれば、本発明により、限られた時間で最適な坑井集合｛Ｗ_i｝₀を特定することが可能になる。

最適な坑井集合｛Ｗ_i｝_Oと最適なシナリオの対応する最適なパラメータＢ_iOとに加えて、最適なものに近い利得関数の値を与える他の良好な準最適シナリオが特定されてもよい（典型的には、参照シナリオについての利得関数の値と、最適なシナリオについての利得関数の値との差の割合で、最適なものより下回ること１０％未満であり、両方とも同一の制約条件を満たす）。一実施形態では、新たな坑井を掘削するために、最適なシナリオの新たな坑井を掘削する代わりに、以下に説明するように準最適シナリオが選択される。

最適なシナリオは、制約条件と、例えば石油の価格といった入力パラメータ（「外部パラメータ」と称される）とに依存する。このような外部パラメータがある程度変動すると、最適な坑井集合｛Ｗ_i｝_Oにおいて特定される新たな坑井の数が、増加または減少する。例えば、石油の価格が上昇すれば、より利益が上がるので、新たな坑井が追加されることになる。

そのような外部パラメータの変動にできる限り影響されないようにするために、良好な準最適シナリオが、それらに共通する新たな坑井の数ができる限り多くなるような仕方で選択される。これは、外部パラメータの変動により、新たな坑井のリストが完全に変更されて新たなドリルが用いられなくなることがないようにするためである。

理想的には、増加していく一連の石油価格Ｓ₁、Ｓ₂、・・・Ｓ_nについて、良好な準最適シナリオについての対応する坑井集合｛Ｗ_i｝₁、｛Ｗ_i｝₂・・・｛Ｗ_i｝_nは、｛Ｗ_i｝₁⊂｛Ｗ_i｝₂⊂・・・⊂｛Ｗ_i｝_nとなる。そうでない場合は、共通する新たな坑井の基数の総和が最大とならなければならない。

例えば、以下の結果が得られたと想定する。
Ｓ₁＝５０ＵＳＤについて、｛Ｗ_i｝₁＝｛既存の坑井，Ｗ１，Ｗ２’｝
Ｓ₂＝６５ＵＳＤについて、｛Ｗ_i｝₂＝｛既存の坑井，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３｝
Ｓ₃＝８０ＵＳＤについて、｛Ｗ_i｝₃＝｛既存の坑井，Ｗ１，Ｗ２’，Ｗ３，Ｗ４｝
ここで、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ２’、Ｗ３、Ｗ４は、それぞれのシナリオについての新たな坑井であり、Ｗ２とＷ４の排油エリアは重なっている。Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３が掘削され、その後石油の価格が８０ＵＳＤに上昇したならば、坑井Ｗ４が坑井Ｗ２と対立することになる。

従って、各種準最適シナリオのＮＰＶを算出し、石油の価格が上昇した場合に良好な追加の坑井の掘削を可能とするシナリオを特定するために、仮定シミュレーションが実行される。例えば、前述の例では、Ｓ₂＝６５ＵＳＤについて、坑井集合｛Ｗ_i｝_2’＝｛既存の坑井，Ｗ１，Ｗ２’，Ｗ３｝であるシナリオが、利得関数が最適なものより下回ること５％未満で準最適でありうる。従って、新たな坑井Ｗ１、Ｗ２’、Ｗ３を掘削することが妥当である。その後石油の価格が８０ＵＳＤに上昇したならば、新たな坑井Ｗ４がＷ２’と対立することなく掘削されうる。

Claims (11)

1. 複数の既存の坑井を備える成熟ガス産地または成熟石油産地の生産を向上させる方法であって、
   前記既存の坑井の生産パラメータと、場合によっては１つ以上の新たな坑井の位置および生産パラメータとを含むデータの集合である所定のシナリオに応じて前記産地の生産を坑井ごとに予測可能な産地シミュレータを設けることと、
   前記産地シミュレータを用いて前記既存の坑井の排油エリアを決定することと、
   新たな坑井の候補の前記産地シミュレータを用いて決定される排油エリアが前記既存の坑井の排油エリアと重ならないように、前記新たな坑井の候補の位置を決定することと、
   それぞれが前記既存の坑井と前記新たな坑井の候補の中から選択された新たな坑井とを含む複数の坑井集合から、前記産地の生産に依存する利得関数の値を最適化する坑井集合を決定することにより、前記利得関数の値を最適化することと、
   を含む方法。
2. 少なくとも１つの発見的規則を適用することによって、新たな坑井の候補を事前選択する、または除外する発見的ステップを含む方法であって、前記複数の坑井集合はそれぞれ、前記既存の坑井と、事前選択された前記新たな坑井の候補の中から選択された新たな坑井とからなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記発見的規則は、新たな水平坑井の候補の向きに応じて、当該新たな水平坑井の候補の事前選択および除外を行うことを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記発見的規則は、新たな坑井の候補の前記既存の坑井からの距離に応じて、当該新たな坑井の候補の事前選択および除外を行うことを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記発見的規則は、新たな坑井の候補の前記産地シミュレータによって決定される累積石油生産量に応じて、当該新たな坑井の候補の事前選択および除外を行うことを含む、請求項２に記載の方法。
6. 利得関数の値を最適化することは、決定性または非決定性の最適化方法を適用することによって、所定の坑井集合について最適な生産パラメータを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 利得関数の値を最適化することは、非決定性の最適化方法を適用することによって、最適な所定の坑井集合を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記利得関数の値を最適化することは、前記利得関数の値を最適化する注入井の集合を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記坑井の少なくとも１つは、多層地質を有し、前記産地シミュレータは、前記産地の生産を、坑井ごと、および層または層のグループごとに予測可能である、請求項１に記載の方法。
10. 前記利得関数の値を最適化する前記坑井集合が満たすべき制約条件を定めるステップを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記最適な生産パラメータが満たすべき制約条件を定めるステップを含む、請求項６に記載の方法。

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