本發(fā)明涉及石油開發(fā)的，更具體地，涉及一種多層合采產(chǎn)量劈分方法。

背景技術(shù)：

1、采用多層合采井開發(fā)氣田時(shí)，由于各層組分、物性及水體差異大，導(dǎo)致層間干擾矛盾突出，影響對(duì)各層采出程度認(rèn)識(shí)，制約了氣田剩余氣挖潛。

2、目前產(chǎn)量劈分方法主要有兩類，地質(zhì)參數(shù)法，主要包括有效厚度法、地層系數(shù)法等，該類方法考慮因素單1，僅考慮到靜態(tài)參數(shù)，誤差較大；基于突變理論的產(chǎn)量劈分方法，通過運(yùn)用數(shù)學(xué)拓?fù)鋵W(xué)發(fā)展而來的利用突變理論建立多層合采井產(chǎn)量劈分方法，該方法考慮多組因素，包括地質(zhì)因素中的氣層中深、氣層厚度、孔隙度、含氣飽和度、砂巖含量、巖石密度、沉積微相，動(dòng)態(tài)因素中的滲透率、層間干擾、地層壓力等，總計(jì)十多個(gè)因素，雖然較地質(zhì)參數(shù)法在精度上有了較大的提高，但劈分結(jié)果始終為定值，無法描述氣井小層產(chǎn)氣貢獻(xiàn)隨生產(chǎn)時(shí)間的變化情況，且隨著生產(chǎn)時(shí)間進(jìn)行，受配產(chǎn)調(diào)整、關(guān)井測試、各層產(chǎn)出程度不同等多方面影響，各層產(chǎn)出比例在不斷變化。

3、現(xiàn)有技術(shù)公開了一種多層合采氣井智能產(chǎn)量劈分方法及系統(tǒng)，方法包括：確定多層合采氣井產(chǎn)量劈分的主控因素；構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型；基于所述主控因素訓(xùn)練所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到訓(xùn)練后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型；基于訓(xùn)練后的機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行分層產(chǎn)量劈分預(yù)測，得到多層合采氣井中各層產(chǎn)量劈分系數(shù)和各層產(chǎn)量。該方案采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，需要的數(shù)據(jù)體量大，且訓(xùn)練的結(jié)果對(duì)波動(dòng)斷預(yù)測效果較差，特適應(yīng)性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中產(chǎn)量劈分方法所需數(shù)據(jù)體量大且特適應(yīng)性差的不足，提供一種多層合采產(chǎn)量劈分方法，基于組分校正多層合采產(chǎn)量劈分模型，降低所需要的數(shù)據(jù)體量，提高劈分精度及其穩(wěn)定性，特適應(yīng)強(qiáng)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、提供一種多層合采產(chǎn)量劈分方法，包括以下步驟：

4、s1：開展多管并聯(lián)巖心物理實(shí)驗(yàn)明確多層合采井產(chǎn)量變化主控因素；

5、s2：以主控因素為基礎(chǔ)參數(shù)構(gòu)建多層合采理論劈分模型，引入組分對(duì)前后緣移動(dòng)速度的修正改進(jìn)多層合采理論劈分模型；

6、s3：建立基于組分校正的多層合采產(chǎn)量劈分方法，利用組分變化規(guī)律對(duì)改進(jìn)后的理論模型進(jìn)行修正。

7、本發(fā)明的多層合采產(chǎn)量劈分方法，在確定主控因素的基礎(chǔ)上構(gòu)建多層合采理論劈分模型，利用組分變化規(guī)律校正模型，需要的數(shù)據(jù)體量小，劈分精度高且劈分精度穩(wěn)定。

8、優(yōu)選地，步驟s1中，開展多管并聯(lián)巖心物理實(shí)驗(yàn)的裝置包括地層水配樣器、原油配樣器、氣體配樣器、第一雙缸驅(qū)替泵、第二雙缸驅(qū)替泵、第三雙缸驅(qū)替泵、地層水中間容器、原油中間容器、氣體中間容器、壓力傳感器、圍壓泵、六通閥、回壓閥和、流量控制計(jì)以及通過所述六通閥并聯(lián)的第一巖心夾持器、第二巖心夾持器和第三巖心夾持器，所述第一巖心夾持器、第二巖心夾持器和第三巖心夾持器分別與所述圍壓泵連接，所述第一雙缸驅(qū)替泵通過所述地層水中間容器與所述第一巖心夾持器連接，所述地層水配樣器與所述地層水中間容器并聯(lián)，所述第二雙缸驅(qū)替泵通過所述原油中間容器與所述第二巖心夾持器連接，所述原油配樣器與所述原油中間容器并聯(lián)，所述第三雙缸驅(qū)替泵通過所述氣體中間容器與所述第三巖心夾持器連接，所述氣體配樣器與所述氣體中間容器并聯(lián)，所述回壓閥設(shè)于所述六通閥與所述流量控制計(jì)之間，所述壓力傳感器分別設(shè)于所述巖心夾持器。

9、優(yōu)選地，步驟s1中，通過改變巖心滲透率、巖心長度、驅(qū)替壓力，模擬多層合采過程中層件物性差異、儲(chǔ)量、壓差和水侵因素對(duì)產(chǎn)量劈分的影響規(guī)律，確定巖心尺度產(chǎn)氣貢獻(xiàn)主控因素。

10、優(yōu)選地，步驟s1中，對(duì)于定壓差水驅(qū)氣單管實(shí)驗(yàn)，主控因素包括滲透率、co2含量；對(duì)于并聯(lián)衰竭實(shí)驗(yàn)，主控因素包括滲透率、流體流速、孔隙度和綜合壓縮系數(shù)；對(duì)于并聯(lián)定入口流蘇定出口壓力試驗(yàn)，主控因素包括注入速度；對(duì)于并聯(lián)定入口壓力定出口流速試驗(yàn)，主控因素包括滲透率、注入壓力、總采速。

11、優(yōu)選地，步驟s2中，建立多層合采理論劈分模型的過程為：

12、假設(shè)：圓形地層、水平、均質(zhì)、不等厚，上下各層間存在不滲透層，圓形地層中心一口生產(chǎn)井，定流量生產(chǎn)氣；儲(chǔ)層空間內(nèi)含有束縛水飽和度，并考慮氣體組分中的co2在水中的溶解，不考慮水相在氣體中的擴(kuò)散，不考慮巖石物理化學(xué)反應(yīng)；邊水能量充足，流體可壓縮，開發(fā)過程等溫，流動(dòng)遵循達(dá)西定律且忽視毛管力及重力的影響；研究的物理階段為生產(chǎn)井見水前，即水驅(qū)氣僅產(chǎn)氣階段；

13、建立無因次數(shù)學(xué)模型，第j層第k區(qū)直井徑向坐標(biāo)滲流偏微分方程及初始條件、內(nèi)邊界調(diào)節(jié)、外邊界條件、連接條件分別為：

14、

15、

16、

17、

18、

19、

20、

21、

22、

23、

24、其中：

25、

26、

27、

28、

29、

30、

31、

32、

33、

34、

35、

36、

37、

38、

39、

40、

41、

42、式中，表示對(duì)參數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)；表示無因次化壓力；rd表示無因次距離；ωjk表示第j層第k區(qū)無因次化儲(chǔ)容系數(shù)；xjk表示第j層第k區(qū)層間流動(dòng)系數(shù)比；td表示無因次時(shí)間；表示第j層第k區(qū)無因次半徑；表示無因次有效井徑；qjd表示第j層無因次產(chǎn)量；表示無因次井底壓力；表示原始無因次化壓力；rwejd表示第j層無因次有效井半徑；rejd表示第j層無因次外邊界距離；λj表示分區(qū)流度比；r表示徑向圓柱半徑；ht表示儲(chǔ)存總厚度；hj表示第j層的儲(chǔ)層厚度；表示按厚度夾鉗的層間平均流度；kj,1表示第j層第1區(qū)地層滲透率；kj,2表示第j層第2區(qū)地層滲透率；kj,3表示第j層第3區(qū)地層滲透率；表示第j層第1區(qū)的氣相滲；表示第j層第2區(qū)的氣相滲；表示第j層第2區(qū)的水相滲；表示第j層第3區(qū)的水相滲；μg,j,1表示第j層第1區(qū)的氣粘度；μg,j,2表示第j層第2區(qū)的氣粘度；μg,j,3表示第j層第3區(qū)的氣粘度；μw,j,2表示第j層第2區(qū)的水粘度；μw,j,3表示第j層第3區(qū)的水粘度；表示第2區(qū)氣水兩相驅(qū)；φj,1表示第j層第1區(qū)的孔隙度；φj,2表示第j層第2區(qū)的孔隙度；φj,3表示第j層第3區(qū)的孔隙度；ctj,1表示第j層第1區(qū)的綜合壓縮系數(shù)；ctj,2表示第j層第2區(qū)的綜合壓縮系數(shù)；ctj,3表示第j層第3區(qū)的綜合壓縮系數(shù)；表示參考?jí)毫Γ槐硎镜趈層第1區(qū)的地層壓力；表示第j層第2區(qū)的地層壓力；表示第j層第3區(qū)的地層壓力；(φct)a表示按厚度加權(quán)的層間平均儲(chǔ)容系數(shù)；q表示氣井井底產(chǎn)量；b表示各層近井氣區(qū)氣體平均體積系數(shù)；bj表示第j層氣體平均體積系數(shù)；qjd表示實(shí)空間無因次分層產(chǎn)量；qj表示第j層產(chǎn)量；bj表示第j層的氣體體積系數(shù)；sj表示第j層的表皮系數(shù)；rw表示真實(shí)井半徑；表示；rej表示第j層的外邊界半徑；rejd表示第j層的無因次外邊界半徑；其中，第1層第1區(qū)i、第2層第1區(qū)iv、第3層第1區(qū)vii表示邊水定壓邊界的氣區(qū)；第1層第2區(qū)ii、第2層第2區(qū)v、第3層第2區(qū)viii表示邊水定壓邊界的氣水混合區(qū)；第1層第3區(qū)iii、第2層第3區(qū)vi、第3層第3區(qū)ix表示邊水定壓邊界的水區(qū)。

43、優(yōu)選地，對(duì)于無因次數(shù)學(xué)模型的求解需要先變換至拉普拉斯空間，求解得到含bessel函數(shù)的通解：

44、

45、式中，aj,1、bj,1、aj,2、bj,2、aj,3、bj,3表示待定系數(shù)；表示轉(zhuǎn)換至拉普拉斯空間第1區(qū)井底壓力解；表示轉(zhuǎn)換至拉普拉斯空間第2區(qū)井底壓力解；表示轉(zhuǎn)換至拉普拉斯空間第3區(qū)井底壓力解；i0表示第1類零階變型貝賽爾函數(shù)；s表示理想解；k0表示第2類零階變型貝賽爾函數(shù)；

46、待定系數(shù)通過邊界、初始條件代入建立六元一次方程組，共有六個(gè)未知數(shù)，求解得到aj,1、bj,1，再代入即可得到井底壓力解

47、

48、根據(jù)杜哈美原理得到分層產(chǎn)量貢獻(xiàn)式：

49、

50、式中，表示在拉普拉斯空間第j層無因次產(chǎn)量；表示在拉普拉斯空間井底的實(shí)際壓力；

51、將壓力解代入分層產(chǎn)量貢獻(xiàn)式，求取再利用stehfest數(shù)值反演法，求取實(shí)空間無因次分層產(chǎn)量qjd；

52、rd應(yīng)用b-l理論進(jìn)行求解，代表求解水驅(qū)前緣到井的無因次距離，但考慮到氣體組分中co2會(huì)在邊水中溶解，需要對(duì)b-l方程進(jìn)行修正。

53、優(yōu)選地，對(duì)b-l方程進(jìn)行修正的過程為：

54、參考一維co2驅(qū)油模型，建立一維水驅(qū)氣非活塞式模型，并對(duì)b-l方程進(jìn)行修正，模型分流量形式下co2組分物質(zhì)的量濃度守恒式為：

55、

56、

57、

58、

59、

60、式中，表示氣相和水相中co2的總物質(zhì)的量濃度；表示總co2分流量；sg表示含氣飽和度；fg表示co2分流量；q表示氣井井底產(chǎn)量；b表示各層近井氣區(qū)氣體平均體積系數(shù)；t表示生產(chǎn)時(shí)間；表示氣區(qū)的co2濃度；表示水區(qū)的co2濃度；表示地層孔隙度；a表示滲流截面積；l表示地層長度；x表示滲流長度；td表示無因次氣體累積產(chǎn)出體積；xd表示一維co2驅(qū)油模型無因次距離；

61、等co2物質(zhì)的量濃度剖面移動(dòng)速度vco2的表達(dá)式為：

62、

63、式中，表示co2分流量差分；表示co2濃度差分；表示分流量曲線頂部co2分流量；表示分流量曲線底部co2分流量；表示分流量曲線頂部co2濃度；表示分流量曲線底部co2濃度；

64、以模型第1層為例，如圖3推導(dǎo)出水驅(qū)氣前緣移動(dòng)速度及后緣移動(dòng)速度分別為：

65、

66、

67、

68、

69、式中，表示第2區(qū)前緣的分流量曲線縱坐標(biāo)值；表示第2區(qū)前緣的分流量曲線橫坐標(biāo)值；表示第1區(qū)后緣的分流量曲線縱坐標(biāo)值；表示第1區(qū)后緣的分流量曲線橫坐標(biāo)值；表示co2在第1區(qū)后緣濃度；fgⅱ-表示第2區(qū)前緣的氣相相對(duì)分流量；sgⅱ-表示第2區(qū)前緣的含氣飽和度；di-ⅱ表示第1區(qū)與第2區(qū)滲流阻力系數(shù)；sg,i-ⅱ表示第1區(qū)和第2區(qū)含氣飽和度條件；fg表示co2分流量；sg表示含氣飽和度；表示第2區(qū)后緣分流量曲線縱坐標(biāo)；表示第2區(qū)后緣分流量曲線橫坐標(biāo)；fgⅱ+表示第2區(qū)后緣的氣相相對(duì)分流量；sgⅱ+表示第2區(qū)后緣的含氣飽和度；dⅱ-ⅲ表示第2區(qū)與第3區(qū)滲流阻力系數(shù)；sg,ⅱ-ⅲ表示第2區(qū)和第3區(qū)含氣飽和度條件；表示co2在第2區(qū)水相中前緣濃度；表示co2在第2區(qū)氣相中前緣濃度；表示co2在第2區(qū)水相中后緣濃度；表示co2在第2區(qū)氣相中后緣濃度；

70、將一維水驅(qū)氣前緣移動(dòng)速度及后緣移動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為平面徑向流，以適應(yīng)復(fù)雜的氣水滲流方程的推導(dǎo)，平面徑向流動(dòng)速度表征為：

71、

72、式中，r表示徑向圓柱半徑；hj表示儲(chǔ)層第j層厚度；

73、對(duì)上式進(jìn)行分離、積分處理：

74、

75、式中，re表示地層外邊界半徑；rw表示真實(shí)井半徑；

76、對(duì)上式無因次化并忽略rw，rw≤re：

77、

78、

79、

80、式中，td表示無因次時(shí)間；red表示無因次地層外邊界半徑；td表示無因次累計(jì)產(chǎn)氣體積；

81、由于初始階段的產(chǎn)量劈分受數(shù)據(jù)影響，精確度低，未呈現(xiàn)出實(shí)際生產(chǎn)波動(dòng)趨勢(shì)，引入實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)更新，從而實(shí)現(xiàn)考慮變產(chǎn)量的多層合采理論劈分模型：

82、q＝q實(shí)時(shí)

83、t＝t實(shí)時(shí)

84、式中，q實(shí)時(shí)表示實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)氣速率；t實(shí)時(shí)表示實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間。

85、優(yōu)選地，步驟s3中，建立基于組分校正的多層合采產(chǎn)量劈分方法包括：

86、假設(shè)一個(gè)多層合采模型，已知各層實(shí)時(shí)劈分比例分別為h1、h2、……、hn，各層烴含量分別為c1、c2……cn，則井口合采組分c總為：

87、c總＝h1×c1+h2×c2+……+hn×cn

88、實(shí)際生產(chǎn)過程中，井口合采組分為日常檢測數(shù)據(jù)，因此c總為已知參數(shù)，無法確定的為各層實(shí)時(shí)劈分比例和各層烴含量，烴含量存在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此當(dāng)多層合采井動(dòng)態(tài)產(chǎn)量劈分理論模型與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)存在誤差時(shí)，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論模型校正，提高模型的精度。

89、優(yōu)選地，引入枚舉法和最小二乘法提高模型精度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算：根據(jù)已知的單層烴含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立最小二乘法數(shù)學(xué)模型，求取實(shí)時(shí)的單層烴含量數(shù)據(jù)，建立最小二乘法數(shù)學(xué)模型的步驟為：

90、構(gòu)建多項(xiàng)式擬合函數(shù)pn(x)：

91、pn(x)＝a0+a1x+a2x2+……+anxn

92、每個(gè)偏差ri表示為：

93、ri＝pn(xi)-yi(i＝1,2,3,……,n)

94、為了滿足最小二乘的擬合標(biāo)準(zhǔn)，則：

95、

96、式中，a0至an分別表示待定系數(shù)；xn表示1組線性無關(guān)的函數(shù)；xi表示觀測數(shù)據(jù)；yi表示觀測值；m表示數(shù)據(jù)組數(shù)；min表示無約束優(yōu)化最小值；

97、令求解f的最小值，因此對(duì)多元函數(shù)f(a0，a1，……，an)求偏導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)值為0，求出駐點(diǎn)：

98、

99、計(jì)算完具有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的單層組分后，為了避免人為主觀因素影響，另外的組分采用枚舉法進(jìn)行選取，為了提高結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，對(duì)其進(jìn)行范圍約束，選取多層合采井動(dòng)態(tài)產(chǎn)量劈分理論模型計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確階段，由于存在層間干擾影響，因此選取此階段組分?jǐn)?shù)據(jù)上下浮動(dòng)百分之五作為約束條件。

100、優(yōu)選地，枚舉法求取除具有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的單層組分外的剩余層組分的步驟為：

101、通過枚舉法生成的值與約束條件進(jìn)行對(duì)比，將符合要求的值進(jìn)行下一步計(jì)算，不符合要求將重新選取新值進(jìn)行判別計(jì)算；

102、將根據(jù)枚舉法和最小二乘法雙重模型求解的兩層組分?jǐn)?shù)據(jù)代入多層合采模型，可求解出單層實(shí)際劈分比例和剩余層實(shí)際劈分比例，根據(jù)此結(jié)果可以修正劈分結(jié)果，大幅度提高模型計(jì)算精度；

103、用反推的劈分產(chǎn)量替換初始劈分產(chǎn)量，重復(fù)計(jì)算確定不同時(shí)間的單層組分與劈分比例，直到不同時(shí)間點(diǎn)反推的劈分產(chǎn)量趨于初始劈分產(chǎn)量，完成校正。

104、本發(fā)明的多層合采產(chǎn)量劈分方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，產(chǎn)生的有益效果為：

105、本發(fā)明更為準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)表征各層動(dòng)態(tài)劈分比例，方法特適應(yīng)強(qiáng)，能夠針對(duì)不同氣層專門建立高精度劈分方程，需要的數(shù)據(jù)體量小，且劈分精度穩(wěn)定。