[发明专利]油气田规模生产优化的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于控制油气田的碳氢化合物生产的方法，而且更特别地涉及用于通过增加井之中的流体流量分配来优化生产的方法。 

背景技术

已知试图优化或增加来自包含一个或多个地下储层的油气田的生产流体(包括碳氢化合物)的产量的油气田规模优化。井或井眼用地面设备连接储层，该地面设备收集和处理所捕获的生产流体。典型地，这些生产流体包括油、气、水的组分。节流器或流量控制装置用于调节井场中的井眼之中的流量分配。可以通过调节节流器来控制单个井眼的油、气、水的不同组分的相对生产量和生产比以便改变井眼中的压力。 

需要地面设备来生产和处理生产流体。这些设备可包括比如分离器、泵、储罐、压缩机等的装置。理想地，通过使用尽可能最小的且最便宜的地面设备来最小化这些设备的资本支出。然而，流体处理能力应该足够大以便不过度限制经济需要的油和/或气的生产流量。因此，井眼中流体流的分配理想地被优化成最大化金钱回收，同时满足比如由地面设备的流体处理能力所施加的生产约束。 

优化技术用于以给定的一组生产约束来预测井眼中的流体流的最佳分配。首先，储层模拟器用于数学模拟贯穿包括储层和井眼的油气田的流体流。模拟流用于建立每个井眼的组分流量曲线或流量方程，其描述一种组分(比如水)的流量与另一种组分(例如油)的流量如何相关。典型地，建立设法最优化比如最大化油生产或最小化水生产的目标的目标函数。目标函数合并来自被储层模拟所预测的井眼的流 量。指定一组生产约束，比如油气田的油生产目标或者气或水的生产限制。形成约束方程以满足这些生产约束。井眼之中的流体流必须依附这些生产约束。然后目标函数由被称为优化程序器的子程序优化以便确定井眼之中的流量的最佳分配。优化程序器在优化过程中利用井眼组分流量方程和约束方程。 

典型的油气田规模优化设计的第一个缺点是优化的可行解不可能用于指定的生产约束。例如，可能需要某一水平的油产量，但不能生产多于指定量的水。带有该组约束的目标函数的可行解是不可能的。在这种场合下，必须调整一个或多个约束，并且再次运行储层模拟器和优化程序器以便确定可行解是可能的时候。在处理目标函数的大量优化中运行的迭代是计算集约的(intensive)而且不合需要。 

一些优化设计中的第二个问题是虽然可获得目标函数优化的可行解，然而其结果可能是不实用的。例如，在第一次运行或时间步长中，优化程序器可确定第一井眼应该高水平生产而第二井眼基本上关闭。在下一个时间步长中，优化程序器可提示第二井眼高水平生产而第一井眼基本上关闭。所以，如果跟随来自优化程序器所提示的分配，井眼的生产可能振荡。通常，如果来自具有相似流体流动性的井眼的生产处于一致的水平，则其更实用。在时间步长期间，这将最小化来自相关井眼的生产中的振荡。 

第三个缺点是生成井眼流体生产的组分流量曲线或方程可以是计算集约的。计算这些流量曲线的一种方法是当节流器被打开并且储层和井眼之间的压降(pressure draw down)增加时，建立井眼和周围储层的子模型并迭代处理组分(例如油、气体和水)的生产流量。典型地，必须进行几次牛顿迭代以产生每一个数据点，所述数据点建立了在井眼中给定压降下一种组分相对于另一种组分的产量关系。此外，井眼中的压降与控制井眼的节流器的如何打开相关。多次重复本过程直到已经计算足够的数据点，可为如30-50个数据点，使得可以形成总流量曲线或方程。然后，优化程序器在目标函数优化期间使用流量曲线或方程。使用这些多次牛顿迭代来建立流量曲线或方程而产生的 数据点计算费用高。 

本发明提供针对传统的油气田规模优化设计的上述缺点的解决方案。首先，生成目标函数和关联的约束方程，其可以在优化程序器的单次运行中被处理以产生可行解。其次，可以生成约束方程，所述约束方程需要来自待关联的相似井眼的生产流量以便防止储层模拟的时间步长之间的井流量的显著振荡。最后，描述产生与井眼的流体组分之间的生产流量相关联的井眼组分流量曲线或方程的有效方法。 

发明内容

本发明包括一种用于增加与至少一个地下储层流体连通的多个井眼之中的流体流量分配的方法。使用数值储层模拟器在至少一个地下储层中和在与地下储层流体连通的许多井眼中模拟流体流。由井眼中的模拟流形成组分流量方程。选择带有理想地是软约束的至少一个生产约束的生产约束，所述软约束如果在优化过程期间必须提供可行解，则可违反该软约束。也形成了对应于生产约束的约束方程。