提高成熟气田或油田的产量的方法

摘要

本发明公开了一种提高成熟气田或油田的产量的方法，所述油气田包括多个现有井，所述方法包括以下步骤：-提供油气田模拟器，所述油气田模拟器能够在以定情形的函数逐井地预测所述油气田的产量，所述情形是包括现有井的开采参数的一组数据，并且情况是一口或多口新井的位置和开采参数；-使用油气田模拟器确定所述现有井的泄流区域；-确定候选新井的位置，使得使用油气田模拟器确定的所述候选新井的泄流区域不与现有井的泄流区域重叠；-优化取决于油气田产量的增益函数的值，通过在多个组井中确定优化所述增益函数的值的一组井来执行所述优化，所述多组井中的每一组井包括现有井和从候选新井中选择的新井。

说明书

技术领域

本发明涉及提高成熟气田或油田的产量。更确切地，本发明涉及用于 确定新井和/或新注入井的钻进位置的油气田模拟器。

背景技术

成熟油气田随着许多生产井和长开采历史逐年变得越来越复杂而不 能被正确地理解。通常，在多个钻井活动之后，没有显而易见使用可承受 的硬件技术的方案来减轻其衰退。然而，相对于整个成熟油气田的“基准” 或“一切照常”特性仍然存在开采的改进的空间。

油气田模拟器已经被形成为模拟成熟油田或天然气田的特性并响应 于一组给定的应用开采参数预测预期的采出量。近年来已经形成能够在相 对较短的时间(几秒)内对于给定情形逐井预测油气田的产量的一种类型的 油气田模拟器。

然而，可以对钻补充井的方式设计相当大的修改使得存在亿万种可能 情形。到目前为止，没有一种传统分析已经能够可靠地识别最佳情形。具 体地，使用传统的网格油气田模拟器对每一种可能的情形确定油气田的产 量以选择最好的一种情形将需要大量的计算时间量。

发明内容

考虑到上述问题提出本发明，本发明的目的是提供一种提高成熟气田 或油田的产量的方法，所述方法不需要大量的计算时间。

本发明提供了一种提高成熟气田或油田的产量的方法，所述油气田包 括多个现有井，所述方法包括以下步骤：

-提供油气田模拟器，所述油气田模拟器能够在以给定情形的函数逐井 地预测所述油气田的产量，所述情形是包括现有井的开采参数的一组数据， 并且情况可以是一口或多口新井的位置和开采参数；

-使用油气田模拟器确定所述现有井的泄流区域；

-确定候选新井的位置，使得使用油气田模拟器确定的所述候选新井的 泄流区域不与现有井的泄流区域重叠；

-优化取决于油气田产量的增益函数的值，通过在多个组井中确定优化 所述增益函数的值的一组井来执行所述优化，所述多组井中的每一组井包 括现有井和从候选新井中选择的新井。

通过本发明的方法，确定候选新井使得所述新井泄流区域不与现有井 的泄流区域重叠。因此，与新井的多个可能位置相比较，候选新井的数量 减小。由于增益函数取决于油气田开采，因此对于给定情形的增益函数的 值的确定需要使用油气田模拟器。然而，由于通过在候选新井中选择新井 来执行最优化，因此与可能情形的数量相比较，情形的数量减少。对于每 一种可能的情形，最优化不需要使用油气田模拟器，并且计算时间减少。

在一个实施例中，所述方法包括试探(heuristic)步骤，在所述试探 步骤中，通过应用至少一个试探规则预先选择候选新井或取消对候选新井 的选择，所述多组井中的每一组井包括现有井和从预先选择的候选新井中 选择的新井。

这允许进一步减少情形的数量。

例如，所述试探规则包括基于候选新水平井的方位预先选择所述候选 新水平井和取消对所述候选新水平井的选择。

所述试探规则可以包括基于候选新井与现有井的距离预先选择所述 候选新井和取消对所述候选新井的选择。

所述试探规则可以包括基于由所述油气田模拟器确定的候选新井的 累积采油量预先选择所述候选新井和取消对所述候选新井的选择。

在一个实施例中，优化增益函数的值的步骤包括：对于给定的一组井 通过应用确定性最优化方法确定最佳开采参数。

优化所述增益函数的值的步骤可以包括：通过应用不确定性最优化方 法确定最佳的一组给定井。

在一个实施例中，优化所述增益函数的值的步骤包括：确定优化所述 增益函数的值的一组注入井(injector)。

井可以具有单层或多层地质。在井具有多层地质的情况下，油气田模 拟器可以逐井并逐层或逐层组地预测所述油气田的产量。

所述方法可以包括以下步骤：限定优化所述增益函数的值的所述一组 井要满足的约束。

所述方法可以包括以下步骤：限定所述最佳开采参数要满足的约束。

附图说明

本发明的这些及其它目的和特征将从参照附图给出的以下优选实施 例的说明变得更加清楚，其中：

图1是显示成熟油田的现有井的泄流区域的示意性视图；

图2和图3显示用于图1的油田的候选新井的泄流区域；以及

图4是显示根据本发明的实施例的用于提高成熟油田的产量的方法的 流程图。

具体实施方式

以下参照附图详细地描述本发明的实施例。

图1显示了以上成熟油田1的示意性视图。油田1包括多个现有井2，2′。 现有井2，2′具体地包括直立井2和水平井2′。在一个实施例中，油田1还 可以包括注入井(injector)。

井2，2′可以具有单层地质或多层地质。

油气田模拟器是能够预测作为给定情形的函数的油田1的产量的计算 机程序。情形是包括现有井2，2′的开采参数的一组数据，并且情况可以是 一口或多口新井的位置和开采参数。在一个实施例中，情形还可以包括现 有注入井的开采参数和新注入井的位置和开采参数。

更确切地，所申请的模拟器能够逐井地预测油田1的产量，并且在多 层地质的情况下，能够逐层或逐层组地预测油田1的产量。

开采参数可以包括例如井底流动压力、井口压力、气举率、泵频率、 修井、完井的变化……。对于新井，开采参数可以包括钻井时间或完井。

如上所述，近年来已经形成一种能够对于给定情形逐井和根据情况逐 层预测油气田的产量的油气田模拟器。本领域技术人员能够提供用于油田 1的这种油气田模拟器。

本发明旨在提高成熟天然气田或油田的产量。在本实施例中，通过识 别钻新井的位置和时间和识别每一个新井(完井的类型、垂直或水平，以及 如果这样，何种方位)使用的技术来提高油田1的产量。在另一个实施例中， 还可以通过识别钻机新注入井的位置和时间来提高油田1的产量。

可以通过开采参数B_i或一组井{W_i}定义需要满足的约束。例如，对于 现有井和/或新井来说，提供给未来开采参数的值不能偏离历史观察值的± 20％。同样地，新井的最大数量应该为N，并且在一年的时间段内可以钻 不多于n口井。

在这种情况下，提高油田1的产量表示逐井和根据情况逐层最大化基 于油气田开采的增益函数值。例如，增益函数可以是油气田在五年的净现 值(NPV)。

例如，简单方法是计算开采的折现值并减去投资(钻新井的费用)。在 这种情况下，对于给定情形，增益函数是：

其中：

-{W_i}是所述情形的一组井，包括现有井和新井，

-B_i是所述一组井{W_i}的开采参数，

-P_i表示井W_i的采油量(使用油气田模拟器计算)

-n是所述一组井{W_i}中的井的数量，

-S表示税后净油销售价格，

-d表示折扣率，

-I_i，j表示在j年期间对井W_i的投资，

最大化增益函数NPV的值隐含识别最佳的一组井{W_i}和相应的开采 参数B_i。为此，本发明使用两部法。首先，确定候选新井。然后，施加优 化过程以在现有井和候选新井中选择最大化增益函数的值的一组井{W_i}。

该两部法的详细说明以下参照图4给出。

首先，如上所述，在步骤10中提供油气田模拟器。

对于不包括新井的给定情形，油气田模拟器可以预测几年前例如直到 五年后的每一口现有井2，2′的累积产油量(COP)。这允许在步骤11中确定 现有井2，2′的泄流区域3，3′。

进行泄流区域的计算，使得泄流区域的计算提供对相对于普通油气田 被相当大地开采的油气田区域的良好了解。

例如，假设薄开采储层(与井间距离相比较，厚度h较小)，对于任意 给定现有井W_i，泄流区域可以被定义为该现有井周围的地表S_i，使得：

(COP)_i＝Φ_i S_i h_i(1-S_wi-S_or)_i

其中：

-(COP)_i是由油气田模拟器预测的五年前井W_i的累积产油 量，

-Φ_i是井W_i周围的平均孔隙度，

-S_wi是束缚水饱和度，

-S_or残余油饱和度，

地表S_i的形状取决于油气田和井技术。在油田1的示例中，地表S_i对于垂直井2来说是圆形，而对于水平井2′来说是具有由泄流区域给出的 主轴线的椭圆形。图1表示现有井2，2′的泄流区域3，3′。

一旦已经确定现有井2，2′的泄流区域3，3′，则可以在步骤12中确定候 选新井的位置，使得候选新井的泄流区域不与现有井的泄流区域3，3′重叠。 更确切地，候选新井可以位于如下所述的多个地图上。

图1的自由区表示可以钻新井的区域。对于位于所述自由区中的一个 的给定新垂直井，可以使用油气田模拟器以与以上相同的方式确定圆形形 状的泄流区域。假设在此具体实例中位于同一自由区中的所有新井具有相 同的泄流区域，则相同尺寸的多个圆可以位于自由区中，而不与现有井2，2′ 的泄流区域3，3′重叠。图2表示如上所述定位的多个圆4。每一个圆4的 中心表示候选新垂直井的位置。

类似地，对于给定新水平井，可以使用油气田模拟器确定椭圆形形状 的泄流区域。相同尺寸(如由模拟器限定的不同尺寸)的多个椭圆可以位于 自由区中，而不与现有井2，2′的泄流区域3，3′重叠。图3表示如上所述定 位的多个椭圆5，且所述椭圆的主轴线沿相同的方向定向。每一个椭圆5 的主轴线表示候选新水平井的泄油的位置。可以确定具有沿不同方向定向 的椭圆的类似地图。例如，确定候选水平井的八个地图，且所述地图的椭 圆的主轴线相对于彼此以15°定向。

因此，已经确定多个候选新井(垂直井和水平井)的位置。然后，在步 骤13中，如之前所述，施加优化过程以在现有井和候选新井中选择最大 化增益函数的值的一组井{W_i}。

更确切地，优化过程使用探试法、确定性收敛和不确定性收敛。

探试法旨在通过预先选择新井并取消对其它井的选择来减少候选新 井的数量。可以应用以下规则：

-候选新井根据其累积采油量(由如上所述用于确定泄流区域的油气田 模拟器确定)被排列，并且仅预先选择第一个，例如，50％第一个。这允许 保持充分大的数量的井，因为与其中假设近新井进行单独开采(即，没有其 它竞争新井)的初始上述排列相比较，由于井之间的潜在相互作用可能会改 变井的排列。

-水平井方位考虑了普通地质优选方位。根据候选新水平井的方位和地 质优选方位之间的差值预先选择候选新水平井或取消对候选新水平井的 选择。例如，如果候选新水平井的方位与地质优选方位之间的差值不超过 15°，则候选新水平井被预先选择。取消对其它候选新水平井的选择。

-如果候选新水平井以例如大于井间距离的0.1倍接近现有井2，2′中的 一个，则取消对候选新水平井的选择。

确定性收敛旨在对于给定的一组井{W_i}确定最佳开采参数B_i0。由于 开采参数主要是连续参数，因此可以使用传统的优化方法，例如，坡度法 或伪梯度法、分支法或切割法……。

不确定性收敛旨在发现最大化增益函数NPV的一组井{W_i}。当多组 井{W_i}是离散的时，应用不确定性方法和上述试探规则。所述方法允许选 择适当的多组井，以广泛地探索良好的候选方案的空间并通过包括现有井 2，2′和新井的最佳的一组井{W_i}₀的位置、技术(垂直/水平定向)和钻井日期 来识别所述最佳的一组井{W_i}₀。这种方法例如可以包括模拟退火法或演 化法。

这种不确定性方法需要对于大量组的井在给定约束下通过使用油气 田模拟器计算增益函数。然而，由于所述组的井包括现有井和在预先选择 的候选新井中选择的新井，因此与亿万种可能的情形相比较，可能组的井 的数量受到限制。例如，在一个实施例中，对几十万组井计算增益函数。 然而，与对亿万种可能的情形计算增益函数所需的计算时间相比较，所需 的计算时间小。换句话说，本发明允许在有限的时间内识别最佳的一组井 {W_i}₀。

除了最佳情形的最佳的一组井{W_i}₀和相应的最佳参数B_i0之外，可以 识别传送接近最佳值的增益函数值(典型地在最佳值以下10％，作为参考 情形的增益函数的值与最佳情形的增益函数的值之间的差值的比例，所述 两个增益函数的值都遵守相同的约束)的其它良好的次最佳情形。在一个实 施例中，代替钻最佳情形的新井，如下所述选择次最佳情形以钻新井。

最佳情形取决于约束和输入参数(称作“外部参数”)，例如，油的价 格。对于这种外部参数的一些变化，在最佳的一组井{W_i}₀中识别的新井 的数量将增加或减小。例如，由于将变得更加经济，油价格的增加将触发 另外的新井。

为了尽可能地对这种外部参数的变化不敏感，选择良好的次最佳情形 使得所述次最佳情形的公共新井的数量尽可能地大。这将确保外部参数的 变化不会完全改变新井的列表，从而使得新的钻井废弃。

理想地，对于增加油价格的顺序S₁，S₂，…S_n，对于良好次最佳情形的 相应多组井{W_i}₁，{W_i}₂…{W_i}_n将使得另 外，公共新井的基数的总和应该最大。

例如，假设已经获得以下结果：

-对于S₁＝50USD，{W_i}₁＝{现有井，W1，W2’}。

-对于S₂＝65USD，{W_i}₂＝{现有井，W1，W2，W3}。

-对于S₃＝80USD，{W_i}₃＝{现有井，W1，W2’，W4，W3}。

其中，W1、W2、W2’、W3、W4是相应情形的新井，并且W2和 W4的泄流区域重叠。如果井W1、W2和W3被钻进，并且随后油的价格 增加到80USD，则井W4将与井W2冲突。

因此，执行假设(what-if)模拟以计算各种次最佳情形的NPV并识 别允许在油价格增加的情况下钻良好的补充井的一个情形。例如，在先前 的示例中，对于S₂＝65USD，所述一组井{W_i}_2’＝{现有井，W1，W2’，W3} 的情形可以是次最佳情形，且增益函数比最佳函数小5％。因此，钻新井 W1、W2’、W3是合理的。如果随后油的价格增加到80USD，则在不 与井W2’冲突的情况下可以钻新井W4。