專利名稱：優(yōu)化井管理策略的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書一般涉及油氣開采，更具體地，涉及在油藏開發(fā)規(guī)劃背景下優(yōu)化井管理策略。
背景技術(shù)：
開發(fā)和管理石油資源通常必需在許多年里進(jìn)行大的經(jīng)濟(jì)投資，同時(shí)期望相應(yīng)接收大的財(cái)務(wù)收益。石油貯藏產(chǎn)生收益還是虧損主要取決于對(duì)于油藏開發(fā)和管理實(shí)施的策略/ 戰(zhàn)略和手段。油藏開發(fā)規(guī)劃包括設(shè)計(jì)和/或選擇在長期內(nèi)將產(chǎn)生有利的經(jīng)濟(jì)結(jié)果的強(qiáng)健的策略和手段。油藏開發(fā)規(guī)劃可以包括做出關(guān)于尺寸、時(shí)間選擇和開采平臺(tái)的位置以及隨后的擴(kuò)展和連接的決策。關(guān)鍵決策可以包括在每個(gè)油田要打鉆并且完成的井的數(shù)量、位置、平臺(tái)的分配和時(shí)間選擇。鉆后決策可以包括確定多個(gè)井之間的開采速度分配。任意一個(gè)決策或行動(dòng)均可以具有遍及系統(tǒng)的牽連，例如立刻和/或隨著時(shí)間的推移穿過油藏傳播積極的或消極的影響。前述的油藏開發(fā)規(guī)劃的方面僅僅是石油資源管理人員面臨的許多決策中的少數(shù)代表性決策，考慮到這些，人們可以理解規(guī)劃的價(jià)值和影響?；谟?jì)算機(jī)的建模為油藏開發(fā)規(guī)劃保持顯著的潛力，尤其是當(dāng)與先進(jìn)的數(shù)學(xué)技術(shù)組合起來時(shí)?；谟?jì)算機(jī)的規(guī)劃工具支持做出好的決策。一種類型的規(guī)劃工具包括基于處理不同的信息輸入識(shí)別針對(duì)一組決策的最優(yōu)解決方案的操作法。例如，示例性的最優(yōu)模型可以工作來尋找從具有限定的約束組的已知可能中產(chǎn)生最佳結(jié)果的解決方案。因此，石油操作可以通過適當(dāng)?shù)貞?yīng)用用于優(yōu)化石油資源的開發(fā)規(guī)劃和管理的優(yōu)化模型，尤其是包含在多年里對(duì)多個(gè)油氣田做出的決策的那些模型，實(shí)現(xiàn)極大的經(jīng)濟(jì)收益。典型的油藏模擬器對(duì)多孔介質(zhì)中流體的開采、注入和潛流進(jìn)行數(shù)字化建模。這些油藏模擬器也可以建模表面設(shè)施，例如，井、管道、阻流門和/或分離器中的流體流動(dòng)。油藏工程師開發(fā)油藏模擬器中的油田操作策略和程序，然后它們被應(yīng)用于正在被建模的實(shí)際油藏的操作中。模擬器使得工程師能夠在把資源交付實(shí)際油田之前以數(shù)學(xué)模型評(píng)價(jià)不同的方案，并提高操作油藏的經(jīng)濟(jì)收益。例如，工程師可以通過嘗試決策變量或獨(dú)立變量的不同值而影響模型結(jié)果。例如，示例性的決策變量可以包括井位置和鉆孔時(shí)間、要鉆的井的類型、 如何操作井，例如多大的速度、何種注入流體和/或何時(shí)進(jìn)行修井，和/或在表面所需的設(shè)施尺寸。從數(shù)學(xué)的角度來看，在油藏模擬器中實(shí)施的油田操作策略可以包括一個(gè)(或若干) 目標(biāo)函數(shù)和可能的一個(gè)或更多個(gè)約束。例如，如以下公式1描述的max[J(u0，· · ·，Un)]在以下條件下
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gn(xn+i, xn, un) = 0公式 1cn(xn+i, un) ^ 0L ^ Un ^ UJ表示要被最大化的目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)是由數(shù)組Un表示的在每個(gè)時(shí)步的控制參數(shù)的函數(shù)。油藏和設(shè)施的數(shù)學(xué)模型由g表示，并且描述油藏和設(shè)施的物理性質(zhì)的公式服從在每個(gè)時(shí)步的公式。具體地，g是表示油藏的狀態(tài)變量例如壓力、溫度、不同分子的量的數(shù)組，以及cn是在給定的時(shí)步η的約束數(shù)組。控制參數(shù)Un服從上限和下限(U和L)。通常寫目標(biāo)函數(shù)來描述要被最大化的某些理想的量，例如凈現(xiàn)值(NPV)或開采流中油的流速。另一方面，約束描述可以限制目標(biāo)函數(shù)的值的情況。約束可以應(yīng)用于目標(biāo)函數(shù)本身、決策變量、和/或由模型計(jì)算的次要量。某些約束是基于物理規(guī)律的，且不能被違反。例如，基于物理學(xué)的約束可以包括井中的壓降和流速和表面設(shè)施的物理限制，并且在模擬中的每個(gè)時(shí)步應(yīng)當(dāng)遵守這些類型的約束。工程師通常增加額外的約束，例如最大耗氣或耗水率、成分約束，例如含水率、油氣比、H2S濃度、最小油速和最大水位下降壓力。通常基于判斷或經(jīng)驗(yàn)設(shè)定這些工程約束的上限或下限。典型的模擬器為工程師提供調(diào)整井速的方式，從而使服從約束的某目標(biāo)函數(shù)最大化。某些油藏模擬器能夠描述和執(zhí)行定制的計(jì)算機(jī)函數(shù)形式的井管理策略?？梢詫⒃谟筒啬M器中執(zhí)行井管理策略時(shí)利用數(shù)學(xué)優(yōu)化的不同技術(shù)劃分為兩個(gè)總體類別時(shí)間指定優(yōu)化和隨時(shí)間推移優(yōu)化。在指定時(shí)間優(yōu)化的那些技術(shù)的目標(biāo)函數(shù)和約束值均是基于在指定時(shí)間的模擬油藏和設(shè)施的條件(或狀況)。因此，對(duì)于指定時(shí)間問題，公式1可以簡化為max [J(Un)]在以下條件下gn(xn,un) = 0公式 2cn(xn, un) ^ 0LB ^ Un ^ UB然而，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)確定指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)不完全考慮到當(dāng)前井速度將對(duì)將來的結(jié)果產(chǎn)生的影響。由于這個(gè)原因，時(shí)間指定的優(yōu)化一般不會(huì)應(yīng)用于井位置、井時(shí)間選擇或注入。此外，在當(dāng)前時(shí)間改變注入器的速度可能不會(huì)影響至未來的數(shù)天或數(shù)月的開采速度。因此，時(shí)間指定的優(yōu)化一般只應(yīng)用于通過改變井速度來最大化服從瞬時(shí)約束的開采速度。隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)使目標(biāo)函數(shù)最大化，考慮當(dāng)前井設(shè)置對(duì)未來結(jié)果產(chǎn)生的影響。這種類型問題的目標(biāo)函數(shù)和約束也可以包括隨時(shí)間推移的效應(yīng)。然而，本發(fā)明的發(fā)明人員已經(jīng)確定隨時(shí)間推移優(yōu)化問題一般在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中難以解決。例如，必須知道目前做出的決策或變量改變對(duì)未來的影響。Zakirov等人在1996年9月3日-5日奧地利萊奧本(Leoben)的第五次關(guān)于Mathematics of Oil Recovery的歐洲會(huì)議提出的文獻(xiàn) "Optimizing Reservoir Performance by Automatic Allocation of Well Rates”中建議用于隨時(shí)間推移優(yōu)化在油藏模擬器中的井速度的數(shù)學(xué)技術(shù)。由Zakirov描述的技術(shù)利用共軛梯度技術(shù)解決受約束的優(yōu)化問題，其中決策變量是每個(gè)井在每個(gè)時(shí)間的井底壓力。例如， 對(duì)于具有五個(gè)井的采用100時(shí)步的模型而言，Zakirov技術(shù)將使用500個(gè)未知量。進(jìn)一步， 許多優(yōu)化算法需要目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)和關(guān)于決策變量的約束值。Zakirov利用伴隨技術(shù)計(jì)算優(yōu)化算法所需的導(dǎo)數(shù)。盡管^kirov的伴隨技術(shù)提供有效的方式計(jì)算偏微分方程(PDE)系統(tǒng)的導(dǎo)數(shù)，但是即使利用伴隨矩陣，由于計(jì)算開銷和所需的磁盤存儲(chǔ)，計(jì)算實(shí)際問題的必要導(dǎo)數(shù)通常并不實(shí)用。Sarma等人在2006年4月11日-13日荷蘭阿姆斯特丹的SPE Intelligent Energy Conference and Exhibition 的 SPE99959,"Production Optimization with Adjoint Model under Non-Linear Control-State Path Inequality Constraints，，中描述了例如用于有效約束的約束塊，并用最大方程的可微分近似值基本替換所有主動(dòng)函數(shù)/激活函數(shù) (active function) 0利用所述的Sarma技術(shù)來降低計(jì)算導(dǎo)數(shù)的成本。Litvak等人在2007年2月洸日- 日德克薩斯州休斯頓的SPE Reservoir Simulation Symposium(SPE 油藏模擬研討會(huì))的 SPE 106426, "Field Development Optimization Technology”中描述了通過利用無導(dǎo)數(shù)的優(yōu)化算法(遺傳算法)避免生成導(dǎo)數(shù)的工作和成本的技術(shù)。然而，不使用導(dǎo)數(shù)的典型優(yōu)化算法也需要許多函數(shù)求值(模擬運(yùn)行)。在Litvak例子中，超過8000個(gè)油藏模擬被運(yùn)行，例如單個(gè)油藏模擬可花費(fèi)數(shù)小時(shí)或甚至數(shù)天來運(yùn)行，這對(duì)于大多數(shù)實(shí)際模型而言將是非常不實(shí)際的。Kraaijevanger等人在2007年2月沈日- 日德克薩斯州休斯頓的SPE Reservoir Simulation Symposium 的 SPE 105764 “Optimal Waterflood Design Using the Adjoint Method”中描述了通過產(chǎn)生控制間隔降低問題的規(guī)模。井速度限或壓力限在控制間隔期間均保持恒定。然而，本發(fā)明的發(fā)明人員已經(jīng)確定，當(dāng)井在其物理限處工作時(shí)， 該方法可以導(dǎo)致非物理的結(jié)果。盡管這些前述的背景技術(shù)的隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)描述了在油藏模擬器中隨時(shí)間推移計(jì)算最優(yōu)井速度的方法，但是這些方法中的一個(gè)或更多個(gè)方法一般均應(yīng)用于相對(duì)簡單的油藏模型，例如，相對(duì)少的井和更小與簡單的網(wǎng)格。在隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)中，必須找到滿足公式1的在每個(gè)時(shí)步的井速度，以在簡單情形中解決這個(gè)問題。此外，應(yīng)當(dāng)在每個(gè)時(shí)步遵守基于物理的公式和/或約束或是模擬器的特定運(yùn)行將只有很少的價(jià)值或沒有價(jià)值。如果存在額外的控制參數(shù)，例如當(dāng)鉆新的井或改變分離器壓力時(shí)，問題會(huì)變得更加復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于前述的討論，本領(lǐng)域中明顯需要一種改進(jìn)的工具，其可以有助于油藏開發(fā)規(guī)劃和/或可以提供關(guān)于油藏開發(fā)與資源管理的決策支持，例如，隨時(shí)間推移有效地優(yōu)化油田操作策略。下面方面中的一個(gè)或更多個(gè)方面包括能夠結(jié)合油藏模擬或是在油藏模擬期間優(yōu)化隨時(shí)間推移井管理策略的一個(gè)或更多個(gè)方法、系統(tǒng)和/或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。具體地，本發(fā)明的發(fā)明人員已經(jīng)確定現(xiàn)有的隨時(shí)間推移井管理優(yōu)化技術(shù)，包括前述示例性的背景領(lǐng)域的技術(shù)，存在一些缺點(diǎn)。例如，關(guān)于前述隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)的問題源于必須在每個(gè)時(shí)步實(shí)施物理約束的事實(shí)。利用井速度、向下鉆進(jìn)設(shè)備和/或阻流門作為優(yōu)化算法中的決策變量不能保證在全局優(yōu)化算法中的模擬器每次運(yùn)行的每個(gè)時(shí)步均遵守物理約束，例如，下游設(shè)施中的壓力關(guān)系/流關(guān)系。因此，在優(yōu)化過程可能消耗一個(gè)或更多個(gè)模擬。盡管油藏模擬器在預(yù)測油田性能方面通常是充分的，但是當(dāng)預(yù)測單獨(dú)的井性能時(shí)油藏模擬器不總是精確的。當(dāng)前的隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)產(chǎn)生井速度，或甚至是針對(duì)“智能”井的地帶速度。然而，本發(fā)明的發(fā)明人員已經(jīng)確定實(shí)際油田中的操作人員會(huì)從油田操作策略和規(guī)程獲益，而不是從單獨(dú)的井的指定井速度獲益。關(guān)于使用伴隨矩陣的隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)的另一個(gè)困難是必須存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)。例如，在前述的背景領(lǐng)域的伴隨矩陣技術(shù)中，必須存儲(chǔ)每個(gè)井在每個(gè)時(shí)步的數(shù)據(jù)或是為檢查點(diǎn)間隔存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這可能是起阻止作用的。進(jìn)一步，當(dāng)在模擬中存在離散事件，例如當(dāng)鉆井或是關(guān)閉井時(shí)，使用利用伴隨矩陣生成導(dǎo)數(shù)的技術(shù)將很可能失靈。本發(fā)明的發(fā)明人員還已經(jīng)確定現(xiàn)有的井管理技術(shù)優(yōu)化受井管理策略規(guī)定的約束和行為支配的單獨(dú)的井速度。然而，約束限制和隨后的行為在大多數(shù)情況下將比單獨(dú)的井速度對(duì)目標(biāo)函數(shù)(例如凈現(xiàn)值(NPV))產(chǎn)生更大的影響。在一個(gè)通用的方面中，用于優(yōu)化地下區(qū)域的油田操作策略的方法包括為地下區(qū)域設(shè)定初始策略參數(shù)。模擬地下區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)，包括優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所建模的地下區(qū)域內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并與至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)相關(guān)。優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)包括通過隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化地下區(qū)域的初始策略參數(shù)，其中策略參數(shù)被優(yōu)化預(yù)定的策略周期；和在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值。針對(duì)預(yù)定策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)作為隨時(shí)間推移模擬中確定目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束。該方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施可以包括下面特征中的一個(gè)或更多個(gè)。例如，隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)可以包括從由模擬退火、遺傳算法、基于模式的搜索、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和/或其任何組合構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)。隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)可以包括針對(duì)策略周期的策略參數(shù)的無約束的、隨時(shí)間推移優(yōu)化。在每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值包含利用指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)在每個(gè)時(shí)步優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)可以包括優(yōu)化的速度分配優(yōu)化技術(shù)。在每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值可以利用井管理邏輯。油田操作策略可以包括從以下項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)最優(yōu)值的目標(biāo)函數(shù)隨時(shí)間推移的井速度， 例如以下中的一個(gè)或更多個(gè)油田內(nèi)開采區(qū)(開采地帶)的開采速度、來自一個(gè)或更多個(gè)開采井的優(yōu)先開采速度、油田內(nèi)一部分的優(yōu)先注入速度或進(jìn)度(schedule)和/或其任意組合，所述開采井具有指定油氣比(GOR)、特定的含水率、用于確定鉆新的開采井或安裝新的表面設(shè)施或地下設(shè)施的需要的期望開采能力。該方法可以包括在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步執(zhí)行額外的指定時(shí)步的油藏模擬計(jì)算。額外的指定時(shí)步的油藏模擬計(jì)算包含從由矩陣求解、流體特性計(jì)算和收斂檢查構(gòu)成的組中選擇的一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算。在另一個(gè)通用方面中，用于通過混合優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化隨時(shí)間推移優(yōu)化問題的方法， 混合優(yōu)化技術(shù)包括設(shè)定目標(biāo)函數(shù)的初始約束和決策變量，目標(biāo)函數(shù)限定與碳?xì)浠衔锖褪I(yè)過程相關(guān)的隨時(shí)間推移優(yōu)化問題。目標(biāo)函數(shù)是通過利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的決策變量而被優(yōu)化的，其中針對(duì)多個(gè)預(yù)定的策略周期的每個(gè)策略周期優(yōu)化決策變量。在每個(gè)預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值，其中針對(duì)預(yù)定的策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)作為隨時(shí)間推移模擬中確定目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束?；谀繕?biāo)函數(shù)的確定值改變與碳?xì)浠衔锘蚴I(yè)過程相關(guān)聯(lián)的過程控制。這個(gè)方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施可以包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。例如，混合物優(yōu)化技術(shù)可以包括針對(duì)每個(gè)預(yù)定的策略周期的策略參數(shù)的無約束的隨時(shí)間推移優(yōu)化。在每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值包括利用指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)在每個(gè)時(shí)步優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。
在另一個(gè)通用方面中，有形的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上包含計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)由處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，計(jì)算機(jī)程序被配置為形成針對(duì)地下區(qū)域的經(jīng)優(yōu)化的油田操作策略， 所述介質(zhì)包含一個(gè)或更多個(gè)代碼段，上述代碼段被配置為設(shè)定地下區(qū)域的初始策略參數(shù)； 模擬地下區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)，包括優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所建模的地下區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并和至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)相關(guān)。用于優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)的代碼段可以包括利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化地下區(qū)域的初始策略參數(shù)的代碼段，其中策略參數(shù)被優(yōu)化預(yù)定的策略周期；和/或在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值的代碼段。針對(duì)預(yù)定的策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)可以作為在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束。這個(gè)方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施可以包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。例如，介質(zhì)可以進(jìn)一步包括配置為利用指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)在每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值的一個(gè)或更多個(gè)代碼段，其中隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)包括針對(duì)至少一個(gè)策略周期的策略參數(shù)的無約束的隨時(shí)間推移優(yōu)化。在另一個(gè)通用的方面中，用于優(yōu)化地下區(qū)域的油田操作策略的示例性系統(tǒng)包括處理器；可操作耦合到處理器的顯示裝置和可操作耦合到處理器的存儲(chǔ)器。該處理器被配置為設(shè)定地下區(qū)域的初始策略參數(shù)；模擬地下區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)，包括優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所建模的地下區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并和至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)相關(guān)。優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)可以包括將處理器配置為利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化地下區(qū)域的初始策略參數(shù)，其中針對(duì)預(yù)定的策略周期優(yōu)化策略參數(shù)；和/或?qū)⑻幚砥髋渲脼樵陬A(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值，其中針對(duì)預(yù)定的策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)作為在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束。這個(gè)方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施可以包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。例如，該系統(tǒng)可以運(yùn)轉(zhuǎn)著/可操作連接與地下區(qū)域相關(guān)聯(lián)的開采設(shè)施。該系統(tǒng)可以可操作地配置為存儲(chǔ)和接收從開采設(shè)施收集的數(shù)據(jù)，并將指令發(fā)送至開采設(shè)施，用于調(diào)整與開采設(shè)施相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多個(gè)過程控制。在另一個(gè)通用方面中，針對(duì)關(guān)于開發(fā)石油資源的決策支持的方法包括優(yōu)化地下區(qū)域的油田操作策略。優(yōu)化油田操作策略可以包括設(shè)定地下區(qū)域的初始策略參數(shù)；模擬地下區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)，包括優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所建模的地下區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并和至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)相關(guān)。 優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)可以包括利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化地下區(qū)域的初始策略參數(shù)，其中針對(duì)預(yù)定的策略周期優(yōu)化策略參數(shù)；和/或可以包括在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值，其中針對(duì)預(yù)定的策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)作為在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束?？梢蕴峁┗诮?jīng)優(yōu)化的油田操作策略生成的經(jīng)優(yōu)化的資源開發(fā)規(guī)劃，以幫助根據(jù)經(jīng)優(yōu)化的資源開發(fā)規(guī)劃從地下區(qū)域開采碳?xì)浠衔铩＿@個(gè)方面的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施可以包括以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)。例如，開采碳?xì)浠衔锟梢园ɑ诮?jīng)優(yōu)化的油田操作策略調(diào)整與地下區(qū)域相關(guān)聯(lián)的過程控制。經(jīng)優(yōu)化的油田操作策略可以包括從由以下項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)最優(yōu)值的目標(biāo)函數(shù)例如以下中的一個(gè)或更多個(gè)隨時(shí)間推移的井速度、來自油田內(nèi)開采區(qū)的開采速度、來自一個(gè)或更多個(gè)開采井的優(yōu)先開采速度、油田內(nèi)一部分的優(yōu)先注入速度或進(jìn)度和/或其任意組合，所述開采井具有指定的油氣比(GOR)、特定的含水率、用于確定鉆新的開采井或安裝新的表面設(shè)施或地下設(shè)施的需求/需要的期望開采能力。在另一個(gè)通用方面中，基于計(jì)算機(jī)或基于軟件的方法可以提供關(guān)于開發(fā)一個(gè)或更多個(gè)石油油藏的決策支持。例如，該方法可以基于與油藏和/或操作相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生油藏開發(fā)規(guī)劃。這種輸入數(shù)據(jù)可以包含未知的或定義不清楚的流體動(dòng)力特性、油藏的大小、 當(dāng)前的開發(fā)狀態(tài)、當(dāng)前的和計(jì)劃的石油價(jià)格、鉆進(jìn)成本、每小時(shí)鉆探時(shí)間的成本、地質(zhì)數(shù)據(jù)、 資本成本、當(dāng)前的和計(jì)劃的可用資源(人力、金融、設(shè)備等)和規(guī)章制度環(huán)境，用于指定一些代表性的可能。在另一個(gè)通用方面中，用于油藏開發(fā)規(guī)劃的方法包括接收與油藏開發(fā)規(guī)劃相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中該數(shù)據(jù)具有關(guān)聯(lián)的不確定性。響應(yīng)利用包含該不確定性的基于計(jì)算機(jī)的優(yōu)化模型處理所接收數(shù)據(jù)而產(chǎn)生至少某個(gè)部分油藏開發(fā)規(guī)劃。隨時(shí)間推移顯露不確定性，采取一個(gè)或更多個(gè)糾正的決策。在另一個(gè)通用方面中，從地下油藏開采碳?xì)浠衔锏姆椒òɑ谳斎霐?shù)據(jù)生成油藏開發(fā)規(guī)劃系統(tǒng)。根據(jù)不確定性空間優(yōu)化該油藏開發(fā)規(guī)劃系統(tǒng)，其中利用基于馬爾可夫 (Markov)決策過程的模型優(yōu)化油藏開發(fā)規(guī)劃系統(tǒng)。根據(jù)來自經(jīng)優(yōu)化的油藏開發(fā)規(guī)劃系統(tǒng)的輸出從油藏中開采碳?xì)浠衔?。輸入?shù)據(jù)可以包括確定分量和非確定的分量。本領(lǐng)域中的需求的任何前述討論均是為了代表性的而非詳盡的。處理一個(gè)或更多個(gè)這些需求或本領(lǐng)域中某些其他相關(guān)缺點(diǎn)的技術(shù)將有益于油藏開發(fā)規(guī)劃，例如提供用于更有效和更有利地開發(fā)和管理油藏的決策或計(jì)劃。本發(fā)明支持為開發(fā)和管理石油資源(例如石油油藏)做出決策、計(jì)劃、戰(zhàn)略和/或策略。


圖1是執(zhí)行示例性的油藏模擬的示例性過程的流程圖。圖2是具有耦合到不同表面設(shè)施的多個(gè)井筒的示例性開采系統(tǒng)的示意圖。圖3是用于優(yōu)化針對(duì)地下區(qū)域內(nèi)油藏的井管理策略的示例性過程的流程圖。圖4是可以在圖3的過程中實(shí)施的示例性混合優(yōu)化過程的流程圖。圖5是用于油藏模擬和油田操作策略優(yōu)化的示例性系統(tǒng)的示意圖。參考上述附圖可以更好地理解本發(fā)明的許多方面。附圖中所示的元件和部件并不需要按比例繪制，相反重點(diǎn)是要清晰地說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例的原理。而且，可以擴(kuò)大特定的維度，以便有助于視覺上地傳達(dá)這些原理。在附圖中，參考數(shù)字指定遍及數(shù)個(gè)視圖的相似的或相應(yīng)的但不是必須相同的元件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的示例性實(shí)施例支持解決隨時(shí)間推移優(yōu)化問題，以開發(fā)用于給定油藏的井管理策略。本發(fā)明的發(fā)明人員已經(jīng)確定油藏工程師更愿意依賴于油藏模擬器來開發(fā)給定油藏的井管理策略，例如，經(jīng)模擬的油藏一般不會(huì)準(zhǔn)確地預(yù)測實(shí)際油藏將會(huì)如何運(yùn)轉(zhuǎn)。具體地，油藏工程師將從用于開發(fā)油田操作或井管理策略(例如，當(dāng)觀察到某些狀況時(shí)采取什么行動(dòng))的油藏模擬器中獲益的多于從一組隨時(shí)間推移的井速度中獲益的。參考圖1，示例性的油藏模擬過程1根據(jù)實(shí)際油藏的模型的性能推斷實(shí)際油藏或地下區(qū)域內(nèi)的其他資源的行為。因?yàn)槭陀筒刂械馁|(zhì)量轉(zhuǎn)移和流體流動(dòng)過程非常復(fù)雜，所以一般利用計(jì)算機(jī)執(zhí)行油藏模擬。執(zhí)行計(jì)算來模擬油藏的計(jì)算機(jī)程序或系統(tǒng)一般被稱為油藏模擬器。油藏模擬的目標(biāo)是充分地理解石油油藏中出現(xiàn)的復(fù)雜的化學(xué)、物理和流體流動(dòng)過程，從而能夠預(yù)測油藏的未來行為和使碳?xì)浠衔锏牟墒章首畲?。油藏模擬器可以解決一般以任何其他方法不可解決的油藏問題。例如，油藏模擬器可以預(yù)測油藏管理決策的結(jié)果。油藏模擬一般涉及油藏內(nèi)流的流體動(dòng)力學(xué)，但是從更廣的意義來說，油藏模擬也涉及包括油藏、表面設(shè)施和任何相關(guān)的重要活動(dòng)的整個(gè)石油系統(tǒng)。圖1包括石油油藏的示例性油藏模擬過程1中的四個(gè)基本步驟。在步驟5中，基于在油藏或其他含有碳?xì)浠衔锏牡叵聟^(qū)域和任何關(guān)聯(lián)的表面設(shè)施(例如，諸如井筒、流動(dòng)控制設(shè)備和/或平臺(tái)的開采設(shè)施)中出現(xiàn)的化學(xué)、物理和流體流動(dòng)過程構(gòu)造真實(shí)油藏的數(shù)學(xué)模型。(若干)數(shù)學(xué)模型可以包括一組非線性的偏微分方程。在步驟6中，同時(shí)在時(shí)間和空間上離散化油藏。通過將油藏劃分為合適的網(wǎng)格單元使空間離散化，每個(gè)網(wǎng)格單元具有一組非線性有限差分方程。在步驟7中，線性化出現(xiàn)在各個(gè)非線性有限差分方程中的任何非線性項(xiàng)，并基于該線性化構(gòu)造線性代數(shù)方程，例如，在矩陣方程中組合(assembled)線性代數(shù)方程。在步驟8中，求解在矩陣方程中組合的線性代數(shù)方程。以一系列的時(shí)步繼續(xù)模擬，并在每個(gè)時(shí)步迭代執(zhí)行步驟7和步驟8。模擬提供油藏行為的預(yù)測，這使石油工程師能夠預(yù)測油藏性能，包括可以開采油藏的速度。在模型已經(jīng)經(jīng)歷模擬的采收過程之后，可以對(duì)照油藏的歷史檢查模型的精確性。參考圖2，示出了用于油藏的示例性石油開采系統(tǒng)50。開采系統(tǒng)包括多個(gè)井筒W， 它們可以滲透相同的油藏或是多個(gè)不同的地下石油油藏(未示出)。通過本領(lǐng)域中已知的任何方式，井筒W耦合到不同的表面設(shè)施。每個(gè)井筒W可以利用每個(gè)井筒W與表面設(shè)施之間的液力聯(lián)軸器(fluid coupling)中的流動(dòng)控制設(shè)備C(例如可控制的阻流門、或相似固定的或可變的節(jié)流設(shè)備)耦合到不同的表面設(shè)施。流動(dòng)控制設(shè)備C可以是本地或遠(yuǎn)程地可操作的。在圖2中所示的示例性開采系統(tǒng)50中，一般通過東部分和西部分(例如，圖2中所示的沿著虛線劃分的)表征油藏。表面設(shè)施可以包括，例如，開采聚集平臺(tái)22、對(duì)、26、觀、30、32和33，其中可以收集、存儲(chǔ)、混合和/或遠(yuǎn)程控制來自井筒W中一個(gè)或更多個(gè)的產(chǎn)品。在該背景中的控制是指使來自每個(gè)井筒W的流體流動(dòng)速度被有選擇地調(diào)節(jié)或停止。從每個(gè)井筒W中開采的流體直接耦合可以包括分離器S的石油流體處理設(shè)備，或是混合來自所選的其他井筒W的開采流體。分離器S可以是本領(lǐng)域中已知的任何類型的分離器，并且一般用于將從井筒W抽取的流體與氣體、油和沉積物與水分離。每個(gè)分離器S可以具有氣體輸出13、液體油10的輸出和水與沉積物12的輸出。液體油10輸出和水與沉積物12輸出可被耦合到放置在平臺(tái)22、 M、26J8、30、32和33中一個(gè)或更多個(gè)上的存儲(chǔ)單元或存儲(chǔ)箱(未示出)，或液體輸出10、 12可以耦合到管道(未示出)，用于傳輸至遠(yuǎn)離井筒W位置或平臺(tái)22、M、26J8、30、32和 33的位置。氣體輸出13可以在平臺(tái)之一(例如，平臺(tái)26)直接耦合或混合串聯(lián)的壓縮機(jī) 14、16，然后耦合到終端18，用于傳輸至本身可以位于平臺(tái)上或在遠(yuǎn)程的物理位置的銷售線 (未示出)或氣體處理廠20。
如圖2中所示，平臺(tái)22、對(duì)、26、觀、30、32和33與所有相關(guān)聯(lián)的井筒W和中間組件，例如流動(dòng)控制設(shè)備C和分離器S，可以用開采地帶可選地表征，例如，地帶A包括平臺(tái)22 和平臺(tái)28 ；地帶B包括平臺(tái)32 ；地帶C包括平臺(tái)M ；地帶D包括平臺(tái)30 ；地帶D包括平臺(tái) 30 ；和地帶E包括平臺(tái)33。替代地，平臺(tái)沈和可操作連接的平臺(tái)22、24、觀、30、32和33中的每個(gè)平臺(tái)也可以表征為單個(gè)地帶，每個(gè)前述的平臺(tái)作為可操作地連接平臺(tái)26的開采子帶(A-E)的部分。本領(lǐng)域中已知的是氣體處理廠用于將雜質(zhì)和氣體液體從“分離的”氣體 (從例如一個(gè)分離器S的設(shè)備中抽取的氣體)中移除。平臺(tái)22、對(duì)、26、觀、30、32和33中的任何一個(gè)或全部也可以包括控制設(shè)備，用于調(diào)節(jié)從相應(yīng)平臺(tái)傳遞至分離器S、管道(未示出)或壓縮機(jī)14和16的流體的總量，包括氣體。圖2中所示的開采系統(tǒng)50只是可以與前述實(shí)施例的技術(shù)中一個(gè)或更多個(gè)技術(shù)結(jié)合起來使用的開采系統(tǒng)和其元件類型的一個(gè)例子。例如，前述實(shí)施例的一個(gè)或更多個(gè)技術(shù)可以包括建模和模擬開采系統(tǒng)中的各種單獨(dú)子組件和/或多達(dá)并且包括整個(gè)開采系統(tǒng)50 的組件的組合的流體流動(dòng)特性。因此，在這個(gè)上下文中的“組件”是指井筒W和/或表面設(shè)施的一個(gè)或更多個(gè)組件兩者。因此，在下文中描述的實(shí)施例的示例性技術(shù)并不意圖限于與必須包括和/或排除圖2中所示示例性系統(tǒng)的任何一個(gè)或更多個(gè)組件的開采系統(tǒng)50 —起使用。參考圖2，由于可以操作某些井筒W而從一個(gè)或更多個(gè)地下油藏(未示出)中提取特定量(以選擇的速度)的流體，不同數(shù)量的氣體、油和/或水將以一定的速度流入這些井筒W中，該速度可以通過油藏質(zhì)量平衡和動(dòng)量平衡方程的解進(jìn)行估算。這些質(zhì)量平衡和動(dòng)量平衡方程在本領(lǐng)域中用于估算井筒產(chǎn)量是眾所周知的。流體流動(dòng)速度取決于地下油藏中的相對(duì)流體流動(dòng)性與特定一個(gè)井筒W和油藏(未示出)之間的壓力差。在本領(lǐng)域中眾所周知的是，當(dāng)有選擇地控制任意一個(gè)或更多個(gè)井筒W時(shí)，例如通過操作其相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)控制設(shè)備，從每個(gè)這樣的井筒W開采各種流體的速度將既即時(shí)地改變也隨時(shí)間推移而改變。如本領(lǐng)域中眾所周知的是，來自每個(gè)井筒W的流體產(chǎn)量隨時(shí)間推移的變化與當(dāng)以已知的速度提取流體時(shí)的油藏中的壓力變化和流體含量分布變化相關(guān)。利用本領(lǐng)域中已知的質(zhì)量平衡和動(dòng)量平衡方程也可以計(jì)算流體流動(dòng)速度的這些變化。流體流動(dòng)速度的這些變化將對(duì)表面設(shè)施的不同組件(包括例如，壓縮機(jī)14、16和分離器S)的操作產(chǎn)生影響。應(yīng)當(dāng)注意的是，在示例性的開采系統(tǒng)50中，任意一個(gè)或更多個(gè)井筒W可以是注入井，例如，注入井是指不從該井筒中提取流體，而是流體被抽吸進(jìn)該井筒中。如本領(lǐng)域中眾所周知的是，抽吸進(jìn)井筒的流體，一般是用于流體的處理或用于提供壓力給地下油藏(未示出)。作為實(shí)際問題，注入井(注入物進(jìn)入油藏之一的地方)和開采(流體提取)井筒之間的主要差別在于，對(duì)于油藏模擬目的而言，注入井將充當(dāng)進(jìn)入油藏的壓力的源而不是來自油藏的壓力降。參考圖2到圖3，描述的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例與為井管理策略解決隨時(shí)間推移優(yōu)化問題相關(guān)，例如不一定是單獨(dú)的隨時(shí)間推移的井速度。例如，參考圖2，典型的油田操作策略可以包括以下中的一個(gè)或更多個(gè)最大化來自第一地帶(例如，連接平臺(tái)28 (地帶A)的井筒W)的油速度直到第一上限(上限1)；最大化來自第二地帶(例如，連接平臺(tái)32(地帶 B)的井筒W)的油速度直到第二上限(上限2)；約束氣體速度到上限(上限3)；優(yōu)選地開采具有低油氣比(GOR)的井；當(dāng)井W達(dá)到特定的含水率時(shí)，例如0. 95，徹底檢查這些井W;當(dāng)產(chǎn)能比降低到X以下時(shí)，鉆新的開采井；對(duì)于開采的第一個(gè)η年在油田的東部分中注入采出氣，然后在西部分中注入水；和/或投入壓縮機(jī)14、16，并且當(dāng)產(chǎn)油速度降低到速度r以下時(shí)，例如，50000桶/天時(shí)，將銷售氣轉(zhuǎn)移至氣舉器(gas lift)。該策略指定的行為受制于正在觀察的某些狀況、一段時(shí)間、分配方法或油藏區(qū)域?？紤]到該概念，本發(fā)明的發(fā)明人員已經(jīng)確定要解決的問題是井管理策略隨時(shí)間推移優(yōu)化，而非單獨(dú)的隨時(shí)間推移的井速度的優(yōu)化。現(xiàn)在參考圖3，在下文中將更詳細(xì)地描述優(yōu)化用于地下區(qū)域內(nèi)油藏(例如，圖2的開采系統(tǒng)50)的井管理策略的示例性過程100。具體地，過程100整合解決針對(duì)地下區(qū)域內(nèi)開采系統(tǒng)(例如，圖2中的系統(tǒng)50)的隨時(shí)間推移優(yōu)化問題的混合優(yōu)化方法。例如，為開采系統(tǒng)建立任何表面設(shè)施方程和/或油藏方程，并設(shè)定表面設(shè)施和/或油藏中的初始狀況，例如，取決于是否要優(yōu)化的井管理策略是否涉及表面設(shè)施、油藏、表面設(shè)施和/或油藏的組件和/或其任意的組合。在步驟110中，工程師提供初始的井管理策略參數(shù)，例如，由過程100 正在優(yōu)化的井管理策略的初始策略參數(shù)。在步驟120中，向前及時(shí)地運(yùn)行油藏模擬。在步驟 130中，例如，在油藏模擬期間，實(shí)施混合優(yōu)化程序，該程序允許解決隨時(shí)間推移優(yōu)化問題和指定時(shí)間優(yōu)化問題，同時(shí)滿足基于物理的約束和策略參數(shù)?；旌蟽?yōu)化程序130包括在策略周期解決隨時(shí)間推移井管理問題，例如，將整個(gè)模擬周期劃分為井管理策略周期，和在時(shí)步解決指定時(shí)間井管理問題，例如，每個(gè)策略周期將包括多個(gè)時(shí)步。在模擬中的每個(gè)時(shí)步，利用指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)解決井管理問題。因此，物理約束被遵守，并且通過在每個(gè)時(shí)步利用指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)解決井管理問題在每個(gè)時(shí)步實(shí)施策略和行為。然而，對(duì)于策略周期而言，利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)解決井管理問題，其中決策變量是策略中限定的約束的上限和/或下限。通過選擇約束值作為隨時(shí)間推移優(yōu)化中的決策變量，并不基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)或預(yù)想的想法限制解空間，而是給優(yōu)化器提供更大靈活性來確定更好的解。例如，優(yōu)化算法通常是找到不是工程師最初預(yù)料的更好的解或是表明需要額外的約束。因此，隨時(shí)間推移優(yōu)化算法中的不基于物理學(xué)的約束限制被優(yōu)化。當(dāng)已知不能違反特定的約束時(shí)，則認(rèn)為它不是決策變量。在步驟130中，模擬的時(shí)間被劃分為策略周期(k)， 且隨時(shí)間優(yōu)化每個(gè)策略周期(k)的策略參數(shù)。針對(duì)每個(gè)策略周期隨時(shí)間優(yōu)化的策略參數(shù)然后被設(shè)定為指定時(shí)間井管理問題的約束限制。在給定的策略周期內(nèi)，通過指定時(shí)間優(yōu)化或管理技術(shù)，例如，傳統(tǒng)的井管理邏輯或時(shí)間指定優(yōu)化，在每個(gè)時(shí)步實(shí)施策略。參考公式1，隨時(shí)間推移的策略優(yōu)化可以由公式3數(shù)學(xué)地表示隨時(shí)間推移的策略優(yōu)化公式3max [J' (L0. . . Lk, U0. . . Uk)]服從以下條件LB ≤ Lk ≤ UBLB ≤Uk ≤ UB其中Lk和Uk表示針對(duì)指定時(shí)間問題的策略周期k中的約束或策略觸發(fā)點(diǎn)的下限和上限，并且J’是包括公式1中的油藏模擬器表達(dá)式的隨時(shí)間推移目標(biāo)函數(shù)。然后，對(duì)于策略周期(k)中的每個(gè)時(shí)步而言，通過傳統(tǒng)的時(shí)序邏輯方法或通過利用指定時(shí)間優(yōu)化方法可以解決井管理問題。例如，一旦策略參數(shù)被優(yōu)化，就為指定時(shí)間問題設(shè)定策略周期k中的約束或策略觸發(fā)點(diǎn)的下限Lk和上限Uk，且每個(gè)策略周期k內(nèi)的指定時(shí)間優(yōu)化問題可以表述為公式4 指定時(shí)間公式4max [J' (Un)]服從以下條件gn(xn，un)=0Lk ^ cn (xn, un) ^ UkLB ^ un ^ UB在步驟150中，對(duì)目標(biāo)函數(shù)和根據(jù)優(yōu)化程序130已經(jīng)確定的任何相關(guān)導(dǎo)數(shù)求值。在步驟160中，確定優(yōu)化器是否已經(jīng)收斂。當(dāng)優(yōu)化器達(dá)到收斂時(shí)，確定目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。當(dāng)確定目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值時(shí)，由目標(biāo)函數(shù)表示的系統(tǒng)性能參數(shù)是最優(yōu)值。如果未確定目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值，例如，無收斂，那么生成新的策略參數(shù)，并且重復(fù)在步驟120開始的過程100直到利用優(yōu)化器解決了策略參數(shù)(在每個(gè)策略周期)和井管理問題(在每個(gè)時(shí)步)且獲得目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值，例如收斂。盡管混合優(yōu)化程序130在圖3和圖4中表示為單獨(dú)的步驟，例如可以包含在與實(shí)際油藏模擬器分離的存儲(chǔ)介質(zhì)上，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解實(shí)際上可以執(zhí)行所有程序130的一個(gè)或更多個(gè)或全部子步驟例如作為模擬步驟120的部分，因此將它們合并到整個(gè)油藏模擬器系統(tǒng)。在步驟150中，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)。目標(biāo)函數(shù)可以是工程師選擇的任何事，例如對(duì)于典型的隨時(shí)間推移問題是凈現(xiàn)值(NPV)。NPV的計(jì)算可以具有許多假設(shè)，且細(xì)節(jié)水平也因不同工程師而改變。然而，典型的NPV計(jì)算將包括油流和氣體流的價(jià)值減去處理水流的成本。如果鉆井的成本、執(zhí)行維修的成本、安裝壓縮機(jī)和/或分離器的成本和稅收均包括在計(jì)算中， 那么將會(huì)有額外的復(fù)雜性。所有這些量均可以通過貨幣的時(shí)間價(jià)值求和以及適當(dāng)?shù)丶訖?quán)。 替代地，另一個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以是來自油藏的累積油回收。導(dǎo)數(shù)計(jì)算包括確定目標(biāo)函數(shù)對(duì)隨時(shí)間推移決策變量的敏感性，這可以通過許多方式實(shí)現(xiàn)。例如，一個(gè)相對(duì)簡單的方法是使用有限差分分析。然而，混合優(yōu)化過程的優(yōu)勢之一是不需要為每個(gè)隨時(shí)間推移的決策變量計(jì)算導(dǎo)數(shù)，例如，因?yàn)橹挥心切┲鲃?dòng)的決策變量才影響指定時(shí)間問題。具體地，不影響指定時(shí)間問題的隨時(shí)間推移的決策變量將必然地具有為零的導(dǎo)數(shù)。因此，導(dǎo)數(shù)計(jì)算不一定取決于所選的超時(shí)算法。在步驟160中，工程師可以選擇確定優(yōu)化器是否已經(jīng)收斂的各種方法中的一種或更多種。例如，可以確定收斂，如果目標(biāo)函數(shù)處于最大界限，例如，目標(biāo)函數(shù)是充分高的NPV。 替代地，利用每個(gè)連續(xù)計(jì)算充分減慢或中止目標(biāo)函數(shù)的期望改進(jìn)，例如，利用最新近的計(jì)算已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)最優(yōu)性的期望程度。圖4是可以在圖3的過程中實(shí)施的示例性混合優(yōu)化過程130的流程圖。參考圖 4，示例性的混合優(yōu)化過程130可以包括以下步驟，這些步驟可以通過含有構(gòu)造為執(zhí)行過程 130的解算法的優(yōu)化器執(zhí)行。在步驟132中，模擬時(shí)間被劃分為策略周期(k)，例如，預(yù)定持續(xù)時(shí)間的策略周期，例如將策略周期(k)劃分為四個(gè)相同持續(xù)時(shí)間的策略周期。策略周期 (k)設(shè)定用于執(zhí)行無約束的、隨時(shí)間推移優(yōu)化的時(shí)間周期。在步驟134中，優(yōu)化器確定模擬時(shí)間是否結(jié)束，例如，是否已經(jīng)將所有時(shí)步和策略周期運(yùn)行了模擬時(shí)間周期。如果優(yōu)化器確定模擬時(shí)間周期結(jié)束，那么過程進(jìn)行至步驟150，例如，對(duì)目標(biāo)函數(shù)和任意導(dǎo)數(shù)求值，并在步驟160中估算收斂。
如果優(yōu)化器確定模擬時(shí)間周期未結(jié)束，那么過程進(jìn)行至步驟136，其中設(shè)定各個(gè)策略周期的初始策略參數(shù)，例如，執(zhí)行無約束的、隨時(shí)間推移優(yōu)化來確定策略參數(shù)，以充當(dāng)策略周期內(nèi)每個(gè)時(shí)步處指定時(shí)間優(yōu)化中的約束。在步驟136中，如果策略周期未結(jié)束，那么為每個(gè)時(shí)步(步驟138)執(zhí)行指定時(shí)間優(yōu)化或井管理解決方案，例如，其中由步驟136中隨時(shí)間推移優(yōu)化確定針對(duì)指定時(shí)間優(yōu)化的約束。解決井管理問題，從而同時(shí)滿足基于物理的約束和策略參數(shù)。然后，在步驟138中，也執(zhí)行任何額外的時(shí)步計(jì)算，例如一般可以利用油藏模擬器的計(jì)算，包括矩陣解、特性計(jì)算和收斂檢查。對(duì)于每個(gè)隨后的時(shí)步連續(xù)地執(zhí)行步驟137-步驟139，直到井管理策略周期完成。在步驟134中，一旦確定井管理策略周期要完成，例如步驟134中，優(yōu)化器就確定模擬時(shí)間周期是否結(jié)束。如果優(yōu)化器確定模擬時(shí)間周期未結(jié)束，那么開始新的策略周期，并且對(duì)于新的策略周期重復(fù)執(zhí)行如上所述的過程步驟 136-139。如果優(yōu)化器確定模擬時(shí)間周期結(jié)束，那么過程進(jìn)行至步驟150，例如，對(duì)混合優(yōu)化程序130提供的目標(biāo)函數(shù)和導(dǎo)數(shù)求值。本發(fā)明的發(fā)明人員已經(jīng)確定以這個(gè)二級(jí)方法用公式表示井管理隨時(shí)間推移問題存在許多優(yōu)勢。首先，通過在每個(gè)時(shí)步求解指定時(shí)間問題，可以確保遵守所有基于物理的約束。相比之下，試圖求出在每個(gè)時(shí)步的全局最優(yōu)井速度的井管理優(yōu)化方法將難以產(chǎn)生總是遵守物理定律的模擬。第二，策略周期的外優(yōu)化循環(huán)，例如，隨時(shí)間推移優(yōu)化問題，是無約束的優(yōu)化問題。相反，所有約束在時(shí)間指定問題處被處理。因此，容易在策略參數(shù)上實(shí)施界限， 而不引入優(yōu)化約束。通過前述的實(shí)施例，優(yōu)化器可以包括不同的優(yōu)化算法。例如，通過在外部優(yōu)化問題中不具有約束，為油藏工程師在選擇優(yōu)化算法方面提供更大的靈活性。前述的過程也降低了隨時(shí)間推移優(yōu)化問題的計(jì)算復(fù)雜性，例如，通過不需要生成和存儲(chǔ)同樣多的導(dǎo)數(shù)信息。替代地，前述的混合優(yōu)化方法可以應(yīng)用于其他過程模擬的優(yōu)化，例如，包括那些與油氣勘探和開采無關(guān)的任何過程，諸如復(fù)雜的制造過程，其中在模擬過程期間需要調(diào)整控制參數(shù)。在前述的實(shí)施例中，隨時(shí)間推移優(yōu)化問題的規(guī)模不像其他的隨時(shí)間推移優(yōu)化算法那樣受到井的數(shù)量和模擬中的時(shí)步數(shù)量的約束。因此，工程師可以通過增加策略周期的大小和限制要被優(yōu)化的策略參數(shù)的數(shù)量而限制決策變量的數(shù)量。最初的篩選運(yùn)行可以用于確定哪些策略參數(shù)最影響整體結(jié)果，因而去除較少影響整體結(jié)果的那些策略參數(shù)。因?yàn)榍笆龅膶?shí)施例減少了隨時(shí)間推移優(yōu)化問題中的決策變量的數(shù)目，所以可以使用無導(dǎo)數(shù)的算法， 例如，一般不具有離散事件(如鉆井或維修井或是通常在井管理策略中做出的其他二元決策)方面的問題的算法?？梢栽谶^程100中使用的示例性算法包括但不限于模擬退火、遺傳算法、基于模式的搜索和/或?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)。指定時(shí)間優(yōu)化問題可以通過多種技術(shù)解決。例如，指定時(shí)間優(yōu)化問題可以利用經(jīng)優(yōu)化的速度分配技術(shù)解決，例如在2008年5月27日授權(quán)的標(biāo)題為“Method for Enhancing Production Allocation in an Integrated Reservoir and Surface Flow System”的美國專利7，379，853 (Middya)中描述的技術(shù)，其整個(gè)內(nèi)容通過引用并入本文。具體地，美國專利7，379，853描述了用于提高流體流動(dòng)速度在耦合到表面設(shè)施的多個(gè)井筒之間的分配的一個(gè)或更多個(gè)示例性方法，更具體地，描述了優(yōu)化對(duì)應(yīng)于所建模的開采系統(tǒng)的流體流動(dòng)特性的目標(biāo)函數(shù)從而確定增加值的例子。連同任何表面設(shè)施一起，建模井筒和井筒滲透的至少一個(gè)油藏的流體流動(dòng)特性。操作優(yōu)化器以確定目標(biāo)函數(shù)的增加值。目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所建模的井筒和/或表面設(shè)施的流體流動(dòng)特性。目標(biāo)函數(shù)也涉及一個(gè)或更多個(gè)開采系統(tǒng)參數(shù)，例如最大采油率。指定時(shí)間問題可以可替代地由井管理邏輯解決，例如于2007年1月4日作為 W02007/001604公開的對(duì)應(yīng)于美國專利申請(qǐng)11/922，720 (Do等人的)、標(biāo)題為High-Level Graphical Programming Language and Tool for Well Management Programming 的 15際專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/US2006/015385。在公開W02007/001604中，描述了將井管理編程技術(shù)或井管理邏輯技術(shù)整合為油藏模擬程序的例子，當(dāng)求解前述的實(shí)施例中描述的指定時(shí)間問題時(shí)，以上例子可以結(jié)合到上述的實(shí)施例中。例如，前述的混合優(yōu)化技術(shù)可以直接結(jié)合到油藏模擬過程中。用于創(chuàng)建充分表征例如地下和任何相關(guān)表面設(shè)施中的巖石特性和流體特性的油藏模擬模型的(若干)計(jì)算機(jī)程序也可以用于響應(yīng)移除適于銷售的流體和在某些情況中用價(jià)值較小的流體替代適于銷售的流體從而維持壓力的規(guī)劃的井操作而計(jì)算模擬模型隨時(shí)間的演變。優(yōu)化器可以直接結(jié)合到油藏模擬計(jì)算機(jī)程序中。典型的油藏模擬模型是通過將感興趣的量細(xì)分(離散化或網(wǎng)格化)為大量的多面單元而建立的。單元的數(shù)量一般在數(shù)萬到數(shù)百萬的范圍內(nèi)。與油和氣進(jìn)行壓力傳遞的水和油氣積累的程度區(qū)域地并且垂直地限定感興趣的量。面積可以是幾平方英里，并且厚度可以是數(shù)百甚至是數(shù)千英尺。模擬單元的狀態(tài)是由其壓力和內(nèi)容限定的， 也就是，單元內(nèi)油、氣和水的量。模擬的目標(biāo)是計(jì)算單元的狀態(tài)通過時(shí)間的演變。可以通過初始狀態(tài)和通過依賴時(shí)間的經(jīng)由井從系統(tǒng)移除流體(開采)或?qū)⒘黧w加入(注入)系統(tǒng)來控制該演變。由于一對(duì)鄰近的單元之間或單元和井之間的流體流動(dòng)，單元的狀態(tài)及時(shí)改變。流體從高壓力向低壓力流動(dòng)。經(jīng)由穿透多孔滲水且可滲透的巖石的井筒從油藏移除流體(開采)或?qū)⒘黧w加入油藏(注入)引起壓力梯度。在油藏內(nèi)，流體聚集于(流向)開采井筒上并且從注入井筒分開(流動(dòng)離開)。在示例性的有限差分油藏模擬模型的背景中，計(jì)算若干對(duì)鄰近單元之間的流體流動(dòng)、針對(duì)井筒滲透的單元的流體流動(dòng)、單元與井筒之間的流體流動(dòng)。為了建模流體流動(dòng)，為單元寫出相關(guān)方程的近似形式，從而表達(dá)質(zhì)量守恒與相流動(dòng)速度和壓力差之間的關(guān)系。針對(duì)單元的集合的這些方程的同時(shí)(近似)解在單個(gè)時(shí)間產(chǎn)生每個(gè)單元的壓力和含量(content)。可以求解這些方程以確定服從限制條件的油藏在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的狀態(tài)，例如匯項(xiàng)和源項(xiàng)，它們描述了多少流體被注入位于模擬模型中不同位置的井中或被從這些井中移除。當(dāng)運(yùn)行模擬研究時(shí)，表示井操作速度的匯項(xiàng)和源項(xiàng)可以被進(jìn)行不同的設(shè)定。首先， 可以利用歷史匹配過程驗(yàn)證模擬模型。為了確保模擬模型很好地表示了實(shí)際油藏，利用歷史性能數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模擬模型，所述歷史性能數(shù)據(jù)通常包括在所產(chǎn)出的流體體積的規(guī)則間隔的測量值和井中壓力的周期性測量值。在這個(gè)階段，利用所采集的井速度的數(shù)據(jù)指定源項(xiàng)和匯項(xiàng)。然后，執(zhí)行模擬模型，并將油藏特性調(diào)整至符合從油田觀察到的數(shù)據(jù)。在驗(yàn)證模擬模型之后，然后模擬模型可以用于提供預(yù)測，從而預(yù)計(jì)將來的油藏性能和井性能。在該操作模式中，可以指定匯項(xiàng)和源項(xiàng)，盡管對(duì)于未來的日期，不可獲得井速度數(shù)據(jù)。該模擬模型可以用于研究許多可能的預(yù)測情況。對(duì)于每種情況而言，可以為限制條件組選擇某些設(shè)定，從而研究用于操作油藏的可能策略和遵守各種操作約束。無論是在
16歷史匹配模式中或是在預(yù)測模式中，選擇和指定限制條件以操作模擬模型均不是簡單的過程，并且在許多情形中，可以包括大量的編程。在預(yù)測模式中，通常利用編程來設(shè)定井速度和限制條件。用于為模擬模型設(shè)定這些井速度和限制條件而寫的程序通常被稱為井管理邏輯或井管理程序。同樣地，井管理程序是用于求解油藏方程的油藏模擬程序的額外組件。井管理程序一般被設(shè)計(jì)為靈活的，并且用于處理許多類型的油藏需求。程序一般包括為了分析施加于設(shè)施上的約束和需求的目的，以預(yù)定序列可執(zhí)行的許多步驟或代碼塊。如果違反任何約束，程序可以執(zhí)行一系列調(diào)整來修改井操作條件，直到不再違反約束。 對(duì)于每個(gè)約束違反而言，可以進(jìn)行許多調(diào)整，并且許多不同的井可以用于調(diào)整的候選。在開發(fā)和編碼井管理程序之后，一般將井管理程序編譯并且和其余的油藏模擬器代碼鏈接，并且作為結(jié)果的組合軟件包被用于對(duì)油藏做出預(yù)測研究。因此，前述實(shí)施例的一個(gè)或更多個(gè)可以利用編程的解決方案，例如在基于開發(fā)由圖形界面支持的組件層以產(chǎn)生高級(jí)編程方法的公開W02007/001604中進(jìn)一步詳細(xì)描述的解決方案。利用特定的高級(jí)語言通過圖形環(huán)境可以產(chǎn)生針對(duì)上述優(yōu)化過程100的示例性計(jì)算機(jī)程序。然后，作為結(jié)果的程序被轉(zhuǎn)換為低級(jí)編程語言，例如C++、FORTRAN等，這些低級(jí)編程語言稍后被編譯并且鏈接到油藏模擬程序?？偠灾?，本發(fā)明的發(fā)明人員已經(jīng)確定前述的混合優(yōu)化技術(shù)是對(duì)背景技術(shù)的一個(gè)或更多個(gè)方法的改進(jìn)，因?yàn)榛旌蟽?yōu)化技術(shù)在實(shí)際油藏模擬中起作用、生成可以更容易轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的經(jīng)優(yōu)化的井管理策略、處理幾乎存在于每個(gè)油藏模擬模型中的不連續(xù)、使得容易改變模型的大小以便只優(yōu)化大部分的控制參數(shù)和/或解決方法確保在每個(gè)時(shí)步遵守所有的物理約束。此處所使用的術(shù)語“最優(yōu)的(optimal)”、“優(yōu)化(optimizing，optimize, optimization) ”、“最優(yōu)性(optimality)，，(以及這些術(shù)語的衍生物和其他形式和語言學(xué)上相關(guān)的詞語和短語)不是為了限制要求本發(fā)明找到最佳解或做出最佳決策。盡管數(shù)學(xué)上的最優(yōu)解可以事實(shí)上達(dá)到所有數(shù)學(xué)可獲得的可能的最佳值，但是優(yōu)化程序、方法、模型和過程的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)施例可以朝著這樣的目標(biāo)努力，而實(shí)際上不會(huì)達(dá)到完美。因此，受益于本公開的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，這些術(shù)語在本發(fā)明的范疇的背景中是更通用的。術(shù)語可以描述尋找可以是最佳可用解、首選解或是提供約束范圍內(nèi)特定益處的解的解的工作；或連續(xù)地改進(jìn)或改善；或搜索目標(biāo)的高點(diǎn)或最大值；或進(jìn)行處理從而降低補(bǔ)償函數(shù)等。在某些示例性的實(shí)施例中，優(yōu)化模型可以是包含以下項(xiàng)的函數(shù)和方程的代數(shù)系統(tǒng)(1)可以被限制在特定域范圍的連續(xù)或整數(shù)簇的決策變量；(2)基于輸入數(shù)據(jù)(參數(shù)) 和決策變量的約束方程，所述輸入數(shù)據(jù)(參數(shù))和決策變量限制限定正在被處理的優(yōu)化問題的可行性的一組指定條件內(nèi)的變量的活動(dòng)性；和/或C3)基于通過最大化目標(biāo)函數(shù)或最小化目標(biāo)函數(shù)而正在被優(yōu)化的輸入數(shù)據(jù)(參數(shù))和決策變量的目標(biāo)函數(shù)。在某些變形中， 優(yōu)化模型可以包括不可微分的、黑盒和其他非代數(shù)函數(shù)或方程?？梢詫?shí)施示例性的油藏模擬器和優(yōu)化器，例如，使用一個(gè)或更多個(gè)通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、模擬處理器、數(shù)字處理器、中央處理單元和/或分布式計(jì)算系統(tǒng)。例如，油藏模擬器可以包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令或代碼。油藏模擬器的輸出可以包含顯示在圖形用戶界面 (GUI)上的結(jié)果、數(shù)據(jù)文件、諸如光盤或磁盤的介質(zhì)上的數(shù)據(jù)、紙質(zhì)報(bào)告或傳輸至另一個(gè)計(jì)算機(jī)或另一個(gè)軟件程序的信號(hào)(不是詳盡的清單)。
參考圖5，本發(fā)明的實(shí)施例可以在由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)300支持的示例性的油藏模擬系統(tǒng)中實(shí)施。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)300包括一個(gè)或更多個(gè)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)330和相關(guān)聯(lián)的客戶端設(shè)備(未示出)，其可以實(shí)施為任何常規(guī)的個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站，例如基于UNIX的工作站。系統(tǒng)計(jì)算機(jī)330與磁盤存儲(chǔ)設(shè)備3四、331和333進(jìn)行通信，所述磁盤存儲(chǔ)設(shè)備可以是外部的硬盤存儲(chǔ)設(shè)備。設(shè)想的是，磁盤存儲(chǔ)設(shè)備3四、331和333均是常規(guī)的硬盤驅(qū)動(dòng)器，以及同樣地，將通過局域網(wǎng)或通過遠(yuǎn)程訪問實(shí)施。當(dāng)然，盡管磁盤存儲(chǔ)設(shè)備3四、331和333被示出為分離的設(shè)備，但是單個(gè)磁盤存儲(chǔ)設(shè)備可以用于根據(jù)需要存儲(chǔ)程序指令、測量數(shù)據(jù)和結(jié)果中任何和所有內(nèi)容。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在磁盤存儲(chǔ)設(shè)備331中。系統(tǒng)計(jì)算機(jī)330可以從磁盤存儲(chǔ)設(shè)備331中獲取合適的數(shù)據(jù)，從而根據(jù)對(duì)應(yīng)于此處所述方法的程序指令求解隱式的油藏模擬和優(yōu)化方程。可以以計(jì)算機(jī)編程語言編寫程序指令，例如C++、Java等。程序指令可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，例如程序磁盤存儲(chǔ)設(shè)備333。當(dāng)然，存儲(chǔ)程序指令的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的任何常規(guī)類型的存儲(chǔ)介質(zhì)，包括硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟盤、 ⑶-ROM和其他光學(xué)介質(zhì)、磁帶等。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施例，系統(tǒng)計(jì)算機(jī)330主要在圖形顯示器327上顯示輸出，或是通過打印機(jī)3 給出輸出。系統(tǒng)計(jì)算機(jī)230可以將上述方法的結(jié)果存儲(chǔ)在磁盤存儲(chǔ)器3 上， 用于稍后的使用和進(jìn)一步的分析。系統(tǒng)計(jì)算機(jī)330配備有鍵盤3 和定點(diǎn)設(shè)備(例如，鼠標(biāo)、軌跡球等)，從而能夠進(jìn)行交互操作。系統(tǒng)計(jì)算機(jī)330可以位于遠(yuǎn)離(若干)油藏或地下區(qū)域的數(shù)據(jù)中心。雖然圖3示出磁盤存儲(chǔ)器331直接連接系統(tǒng)計(jì)算機(jī)331，但是也考慮的是，磁盤存儲(chǔ)設(shè)備331是可以通過局域網(wǎng)或通過遠(yuǎn)程訪問可訪問的。而且，盡管磁盤存儲(chǔ)器329、331被示出為分離的設(shè)備，用于存儲(chǔ)輸入數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，但是磁盤存儲(chǔ)設(shè)備329、 331可以在單個(gè)的磁盤驅(qū)動(dòng)器中實(shí)施(和程序磁盤存儲(chǔ)設(shè)備333 —起或與程序磁盤存儲(chǔ)設(shè)備333分開)，或是以本領(lǐng)域的技術(shù)人員參考這個(gè)說明書將可以完全理解的任何其他常規(guī)的方式實(shí)施，。油藏模型和油藏模擬器可以用于模擬油藏的操作，因而允許對(duì)在碳?xì)浠衔镉筒?、井和相關(guān)表面設(shè)施中流動(dòng)的流體、能量和氣體建模。油藏模擬是油藏優(yōu)化的一部分，油藏優(yōu)化還包括構(gòu)造數(shù)據(jù)來精確地表示油藏。示例性的模擬目標(biāo)包含理解地層流型，從而優(yōu)化用于從某些井和表面設(shè)施中開采碳?xì)浠衔锏哪承┎呗?。模擬通常是耗時(shí)的迭代過程以降低關(guān)于特定油藏模型描述的不確定性，同時(shí)優(yōu)化開采策略的一部分。油藏模擬例如是一種計(jì)算的流體動(dòng)力學(xué)模擬。油藏模型和油藏模擬器可以進(jìn)一步用于優(yōu)化相應(yīng)的油藏、井和相關(guān)表面設(shè)施的設(shè)計(jì)和操作。前述實(shí)施例中的一個(gè)或更多個(gè)可以包括可以用計(jì)算機(jī)和/或人工操作實(shí)施的多個(gè)過程。可以用一個(gè)或更多個(gè)體現(xiàn)此處所述和附圖中示出的某些功能的計(jì)算機(jī)程序?qū)嵤┣笆龅募夹g(shù)。然而，應(yīng)當(dāng)明顯看出，存在通過利用計(jì)算機(jī)編程、人工地、不基于計(jì)算機(jī)的機(jī)器或是計(jì)算機(jī)和人工實(shí)施的組合實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方面的許多不同方法。進(jìn)一步，普通編程人員將能夠基于本公開和此處給出的教導(dǎo)毫不困難地且不會(huì)過度實(shí)驗(yàn)地編寫出這種計(jì)算機(jī)程序。 因此，公開特定組的程序代碼指令被認(rèn)為對(duì)于充分理解如何產(chǎn)生和使用前述的實(shí)施例是不必要的。本發(fā)明的任何編程方面的發(fā)明功能將在下面的說明書連同示出功能和程序流程和過程的附圖中進(jìn)一步詳細(xì)說明。
在不同的示例性實(shí)施例中，可以利用諸如AIMMS、GAMS、AMPL、0PL、Mosel的數(shù)學(xué)編程語言或系統(tǒng)或是利用諸如C++、Java或其組合的計(jì)算機(jī)編程語言實(shí)施過程100的一個(gè)或更多個(gè)方面?？梢栽跀?shù)學(xué)編程語言中或是直接利用計(jì)算機(jī)編程語言或利用商售軟件工具的支持開發(fā)解決方案程序。例如，數(shù)學(xué)編程語言和計(jì)算機(jī)編程代碼編譯器的商用的和開放源代碼版本一般是可獲得的。應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)前述的內(nèi)容做出改變而不偏離本發(fā)明的范疇和精神。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的說明性實(shí)施例，但是，廣泛的更改、改變和替代也在前述公開的預(yù)計(jì)中。在某些情況中，可以使用本發(fā)明的某些特征，而不相應(yīng)地使用本發(fā)明的其他特征。因此， 廣泛地并且以與本發(fā)明的范疇和精神一致的方式解釋所附權(quán)利要求是合適的。
權(quán)利要求
1.一種用于優(yōu)化針對(duì)地下區(qū)域的油田操作策略的方法，所述方法包含 為所述地下區(qū)域設(shè)定初始策略參數(shù)；模擬地下區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)，包括優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)所建模的所述地下區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并與至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)相關(guān)，其中優(yōu)化所述油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)包含利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化所述地下區(qū)域的所述初始策略參數(shù)，其中針對(duì)預(yù)定的策略周期優(yōu)化所述策略參數(shù)；和確定所述目標(biāo)函數(shù)在所述預(yù)定的策略周期內(nèi)每個(gè)時(shí)步的增加值，其中針對(duì)所述預(yù)定策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)用作在隨時(shí)間推移模擬中確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)包含從由以下各項(xiàng)構(gòu)成的組中選擇的至少一個(gè)隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)模擬退火、遺傳算法、基于模式的搜索、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和其任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)包含針對(duì)所述策略周期的策略參數(shù)的無約束的隨時(shí)間推移優(yōu)化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定所述目標(biāo)函數(shù)在每個(gè)時(shí)步的增加值包含在每個(gè)時(shí)步利用指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化所述目標(biāo)函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)包含經(jīng)優(yōu)化的速度分配優(yōu)化技術(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中確定所述目標(biāo)函數(shù)在每個(gè)時(shí)步的增加值利用井管理邏輯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述油田操作策略包含針對(duì)至少一個(gè)最優(yōu)值的目標(biāo)函數(shù)，所述至少一個(gè)最優(yōu)值從由以下項(xiàng)構(gòu)成組中選擇隨時(shí)間推移的井速度、來自所述油田內(nèi)的開采地帶的開采速度、來自一個(gè)或多個(gè)開采井的優(yōu)先開采速度、所述油田內(nèi)一部分的優(yōu)先注入速度或進(jìn)度和上述任意的組合，所述開采井具有指定油氣比、特定的含水率、用于確定鉆新的開采井或安裝新的表面設(shè)施或地下設(shè)施的需求的期望開采能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含在所述預(yù)定的策略周期中的每個(gè)時(shí)步執(zhí)行額外的指定時(shí)步的油藏模擬計(jì)算。
9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述額外的指定時(shí)步的油藏模擬計(jì)算包含從由矩陣求解、流體特性計(jì)算和收斂檢查構(gòu)成的組中選擇的一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算。
10.一種利用混合優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化隨時(shí)間推移優(yōu)化問題的方法，所述混合優(yōu)化技術(shù)包含為目標(biāo)函數(shù)設(shè)定初始約束和決策變量，所述目標(biāo)函數(shù)限定涉及碳?xì)浠衔锘蚴I(yè)過程的隨時(shí)間推移優(yōu)化問題；通過利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化所述目標(biāo)函數(shù)的決策變量來優(yōu)化所述目標(biāo)函數(shù)，其中針對(duì)多個(gè)預(yù)定的策略周期中的每個(gè)來優(yōu)化所述決策變量；在每個(gè)所述預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值，其中針對(duì)該預(yù)定的策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)用作在隨時(shí)間推移模擬中確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束；和基于所述目標(biāo)函數(shù)的確定值改變與所述碳?xì)浠衔锘蚴I(yè)過程相關(guān)聯(lián)的過程控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述混合優(yōu)化技術(shù)包含針對(duì)每個(gè)所述預(yù)定的策略周期的策略參數(shù)的無約束的、隨時(shí)間推移優(yōu)化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值包含利用指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)在每個(gè)時(shí)步優(yōu)化所述目標(biāo)函數(shù)。
13.一種其上包含計(jì)算機(jī)程序的有形計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)程序被配置為當(dāng)由處理器執(zhí)行時(shí)形成針對(duì)地下區(qū)域的經(jīng)優(yōu)化的油田操作策略，所述介質(zhì)包含一個(gè)或更多個(gè)代碼段，所述代碼段被配置成為所述地下區(qū)域設(shè)定初始策略參數(shù)；模擬地下區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)，包括優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所建模的所述地下區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并和至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)相關(guān)，其中優(yōu)化所述油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)包含利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化所述地下區(qū)域的初始策略參數(shù)，其中所述策略參數(shù)針對(duì)預(yù)定的策略周期而被優(yōu)化；和在所述預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值，其中針對(duì)所述預(yù)定的策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)用作在所述預(yù)定的策略周期內(nèi)每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束。
14.根據(jù)權(quán)利要求14所述的有形計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述介質(zhì)進(jìn)一步包含一個(gè)或更多個(gè)代碼段，所述代碼段被配置為利用指定時(shí)間優(yōu)化技術(shù)在每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值，并且其中所述隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)包含針對(duì)至少一個(gè)策略周期的策略參數(shù)的無約束的、隨時(shí)間推移優(yōu)化。
15.一種用于優(yōu)化地下區(qū)域的油田操作策略的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包含 處理器；可操作地耦合到所述處理器的顯示裝置；和可操作地耦合到所述處理器的存儲(chǔ)器，所述處理器被配置為為所述地下區(qū)域設(shè)定初始策略參數(shù)；模擬地下區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)，包括優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所建模的所述地下區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并和至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)相關(guān)，其中優(yōu)化所述油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)包含利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化所述地下區(qū)域的初始策略參數(shù)，其中所述策略參數(shù)針對(duì)預(yù)定的策略周期而被優(yōu)化；和在所述預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值，其中針對(duì)所述預(yù)定的周期策略的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)用作在所述預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)可操作地連接與所述地下區(qū)域相關(guān)聯(lián)的開采設(shè)施。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)被可操作地配置為存儲(chǔ)和接收從所述開采設(shè)施采集的數(shù)據(jù)，和將指令發(fā)送至所述開采設(shè)施，用于調(diào)整與所述開采設(shè)施相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或更多個(gè)過程控制。
18.一種用于關(guān)于開發(fā)石油資源的決策支持的方法，所述方法包含 優(yōu)化地下區(qū)域的油田操作策略，其中優(yōu)化所述油田操作策略包含 為所述地下區(qū)域設(shè)定初始策略參數(shù)；模擬地下區(qū)域的流體流動(dòng)，包括優(yōu)化油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所述建模的所述地下區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并和至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)相關(guān)，其中優(yōu)化所述油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)包含利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化所述地下區(qū)域的初始策略參數(shù)，其中針對(duì)預(yù)定的策略周期優(yōu)化所述策略參數(shù)；和在所述預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值，其中針對(duì)所述預(yù)定的周期策略的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)用作在所述預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定所述目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束；和提供基于經(jīng)優(yōu)化的油田操作策略生成的經(jīng)優(yōu)化的資源開發(fā)規(guī)劃；和根據(jù)所述經(jīng)優(yōu)化的資源開發(fā)規(guī)劃從所述地下區(qū)域開采碳?xì)浠衔铩?br> 19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中開采碳?xì)浠衔锇谒鼋?jīng)優(yōu)化的油田操作策略調(diào)整與所述地下區(qū)域相關(guān)聯(lián)的過程控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述經(jīng)優(yōu)化的油田操作策略包含針對(duì)至少一個(gè)最優(yōu)值的目標(biāo)函數(shù)，所述至少一個(gè)最優(yōu)值從由以下項(xiàng)構(gòu)成組中選擇隨時(shí)間推移的井速度、 來自所述油田內(nèi)開采地帶的開采速度、來自一個(gè)或更多個(gè)開采井的優(yōu)先開采速度、所述油田內(nèi)一部分的優(yōu)先注入速度或進(jìn)度以及上述的任意組合，所述開采井具有指定油氣比、特定的含水率、用于確定鉆新的開采井或安裝新的表面設(shè)施或地下設(shè)施的需求的期望開采能力。
全文摘要
一種地下區(qū)域的油田操作策略通過為地下區(qū)域設(shè)定初始的策略參數(shù)而被優(yōu)化。模擬地下區(qū)域內(nèi)的流體流動(dòng)，其中所述模擬包括優(yōu)化針對(duì)油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)同時(shí)對(duì)應(yīng)于所建模的地下區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多個(gè)井筒的流體流動(dòng)特性，并和至少一個(gè)開采系統(tǒng)性能參數(shù)有關(guān)。優(yōu)化針對(duì)油田操作策略的目標(biāo)函數(shù)可以包括利用隨時(shí)間推移優(yōu)化技術(shù)優(yōu)化針對(duì)地下區(qū)域的初始策略參數(shù)，其中策略參數(shù)被優(yōu)化預(yù)定的策略周期。在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值。針對(duì)預(yù)定的策略周期的經(jīng)優(yōu)化的策略參數(shù)可以用作在預(yù)定的策略周期內(nèi)的每個(gè)時(shí)步確定目標(biāo)函數(shù)的增加值時(shí)的約束。
文檔編號(hào)G06G7/48GK102473232SQ201080035860
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者C·麥克澤爾, F·卡瓦略, J·E·戴維森, P·盧 申請(qǐng)人:埃克森美孚上游研究公司