一种确定采油井受效聚合物用量的方法与流程

文档序号:15175616发布日期:2018-08-14 18:23阅读:351来源:国知局

本发明涉及的是油田五点法井网布井方式下注入聚合物驱油过程中如何劈分注聚井注入到连通采油井的聚合物用量的方法。



背景技术:

聚合物驱油技术是我国开展最广泛的三次采油技术之一,注入聚合物可以改善流度比、提高注入水的波及体积,改善均质油田的开发效果。聚合物驱油经过十几年的工业化生产,逐步形成了一套较为实用的聚驱区块开发效果分析评价方法,但随着工业化区块的不断增加,各区块之间储层条件、井网井距、注入参数等差异较大,很难整合统一的注聚标准来指导实际生产。目前大多数的研究主要集中在新型聚合物的研制、聚合物微观驱油机理、注聚工艺和油藏数值模拟等方面的研究。但油田经过多年注采开发,地下油藏的岩性、物性和描述油层性质的各种动静态参数已经发生了变化,基于实验室物理模拟实验或专家经验结合相关专业知识的数值模拟方法涉及众多的各种类型参数,许多参数难以确定和求准,只能采用近似值或估计值,因此得出的预测结果与实际生产数据存在一定的偏差,普适性不强。但其最终的研究方向都是在建立“聚合物用量”和“提高采收率”的关系。而区块的采收率是通过采油井的采油量来计算的,所以有必要研究注聚井注入到采油井的聚合物用量,进而得出聚合物用量与采油井各类开发指标之间的关系用以指导实际生产。



技术实现要素:

为了解决背景技术中所提到的技术问题,本发明提供一种确定采油井受效聚合物用量的方法,该方法为基于贪心算法和量子蛙跳算法的注聚井聚合物用量劈分方法。它可解决在油田生产注入聚合物驱油过程中,如何计算注聚井向周围连通采油井的聚合物劈分用量,进而计算单个采油井受效于周围连通注聚井的总聚合物用量,有利对采油井组进行注聚效果分析,建立分类井组注聚开发的开发效果对标曲线,及早发现油井见聚过早,含水上升快,采出液聚合物浓度高等问题。

本发明的技术方案是:该种确定采油井受效聚合物用量的方法,包括如下步骤:

步骤一、建立注聚井静态垂向劈分系数和静态平面劈分系数公式;

设共有注聚井total个,对于任意注聚井i,按照如下方式确定注聚井静态垂向劈分系数和注聚井静态平面劈分系数:

若注聚井存在注入剖面数据,则注聚井静态垂向劈分系数αij按照每个小层的剖面比例进行赋值,否则按照公式(1)计算:

其中:l为注聚井的小层数,kj和hj为注聚井第j小层渗透率和有效厚度,kjl和hjl为与注聚井i第j小层连通第l个采油井的渗透率和有效厚度,nj为注聚井第j小层连通的采油井数,mj为注聚井第j小层的措施改造系数;

注聚井静态平面劈分系数按照公式(2)计算,即注聚井第j小层第l个连通采油井的静态平面劈分系数βijl

其中,kjl、hjl和mjl为与注聚井i第j个小层连通第l个采油井对应小层的渗透率、有效厚度和措施改造系数,nj为注聚井第j小层连通的采油井数,djl为注聚井i第j个小层与第l个连通采油井的井距;

步骤二、计算与采油井l连通的所有注聚井劈分的总注入溶液量,具体实现路径依次按照2.1和2.2步骤完成;

2.1,按照公式(3)计算注聚井i劈分到第l个采油井的总劈分系数pil

其中,water_liquidi(1≤i≤total)为注聚井i月注入溶液量,l为注聚井i的小层数;α、β为步骤一中所获得的垂向劈分系数和静态平面劈分系数值;

2.2按公式(4)计算与采油井l连通的所有注聚井劈分的总注入溶液量sum_liquidl;

其中,sum为与采油井l连通的注聚井数;p为本步骤2.1中所获得的注聚井劈分到连通采油井的总劈分系数值;

步骤三、依据采油井采液量动态调整总劈分系数,具体实现路径依次按照3.1至3.4共4个步骤完成;

3.1按照油藏专家经验设定允许误差δ;按照公式(5)计算每口采油井l的月采液量oil_month_liquidl与通过步骤二所获的注聚井劈分的总注入溶液量sum_liquidl的差值δ,

δ=oil_month_liquidl-sum_liquidl(5)

对于abs(δ)≤δ(abs代表绝对值),则注聚井i与采油井l连通的总劈分系数pil在以后的调整过程中保持固定不变;如果abs(δ)>δ,则按照3.2处理,以实现所有小于或等于设定的允许误差的系数先被固定,然后再修正其他的系数;

3.2与注聚井i连通的采油井l,1≤l≤4,若存在任意l-1个采油井的pil已固定,则剩下采油井的pil也固定不变;

3.3按abs(δ)大于设定允许误差δ的采油井从小到大依次查询,若存在与采油井l连通的注聚井i,1≤i≤4中任意i-1个pil已固定不变,则根据公式(6)修正未固定的pil,修正后执行3.1,若不存在未固定数为1的pil,则执行3.4;

公式(6)中各个参数的意义与公式(5)相同;本步骤的作用在于修正系数,以实现让计算的溶液量与实际的溶液量相等;

3.4继续重复3.3,直到没有可以修正的总劈分系数pil,则转入步骤四,即利用量子蛙跳算法优化未修正的劈分系数pil,使区块劈分后的注入溶液量与采出液量相差最小;

步骤四、基于量子蛙跳算法优化未固定总劈分系数,具体实现路径依次按照4.1至4.6共6个步骤完成;

4.1劈分系数编码

(1)将未固定的劈分系数作为优化个体按公式(7)进行编码:

其中,m是优化个体个数,n为待优化的劈分系数个数,θji,φji为量子位的bloch球面坐标幅角;

(2)利用步骤三求得的注聚井i连通的采油井l对应的劈分系数pil按照公式(8)初始化θjil,φjil

其中,rand()为0到1之间的随机数,θji,φji为量子位幅角,注聚井i连通的采油井l对应的劈分系数pil

4.2计算个体适应度;

(1)按照公式(9)进行解空间变换;

是第j个优化个体,该个体代表注聚井i与连通的采油井l的劈分系数;

(2)按照公式(10)计算第j个幅角θji,φji对应三组解的适应度;

其中,oil_month_liquid为采油井月采液量,water_liquid为注聚井月注溶液量,total_oil为总的采油井数;

4.3优化个体分组;

按照公式(11)计算的priorityi对优化个体进行降序排序,将m=g×h个体分成g组,每组包含h个个体;前g个个体依次分到g个组里,则第g+1个个体进入第1个分组;

4.4个体更新策略;

分组内每个个体进行iter_num次迭代,完成iter_num次迭代后t=t+1,设算法每次迭代的最优适应度gglobalbest,对应的幅角为θg和φg,每个分组内的最优个体为gpbest对应的幅角为θb和φb,组内最差个体为gpworst对应的幅角为θw和φw。按照公式(12)更新gpworst的幅角θ,φ产生新个体:

计算新个体的适应度,如果比gpworst更优则用其代替θw和φw,否则用gglobalbest替换gpbest的幅角继续按公式(12)产生新个体;若该新个体的适应度优于gpworst则替换,否则随机生成θw和φw代替gpworst的幅角;

从个体的更新策略可知转角δφ,δθ的符号及大小决定着算法的寻优性能。令b=zgj-zwj,构造一个查询表来确定δφ和δθ,sgn为符号函数。

和δθ的查询表

4.5个体变异策略;

按锦标赛方法选择num个变异个体,按照式(14)对进行变异操作;

其中,分组个数为m,算法当前迭代次数为t,总的迭代次数为t;

若新个体优于当前最优个体则按照式(15)计算θ和φ并替换θg和φg;

4.6算法结束判断;

若满足寻优条件或总迭代次数等于t则退出,否则t=t+1跳到4.2继续寻优;

步骤五、依据总劈分系数计算采油井的受效聚合物用量;

根据步骤一到四计算的总劈分系数pil、注聚井i月注入溶液量water_liquidi和聚合物浓度c,按公式(16)计算采油井l的受效聚合物用量poymerl;

本发明具有如下有益效果:本发明提出的方法利用油田开发过程中动静态数据对采油井受效注聚量进行劈分,目前对聚合物用量劈分的研究较少,一部分研究基于数值模拟的方式来计算劈分系数,需对涉及众多的各种类型参数,许多参数难以确定和求准,而且建模的过程较复杂,需要大量的专家经验和计算时间,普适性不高;一部分研究采用各类静态参数进行劈分,而油田经过多年注采开发,地下油藏的岩性、物性和描述油层性质的各种动静态参数已经发生了变化,得出的计算结果与实际生产数据存在一定的偏差,不能体现油田开发随时间变化的动态性。

本发明所提的算法基于静态数据建立注聚井垂向和平面劈分系数公式,对注聚井的劈分量进行初步劈分,同时依据注采平衡原理,利用注聚井的注入溶液量和采油井的采液量的动态生产数据,建立劈分系数优化模型,以采油井受效注入量与实际产液量的差值绝对值之和最小为适应度函数,并建立相应的约束条件,利用量子蛙跳算法求解优化模型,进而对劈分系数进行动态修正,最终求得采油井的受效聚合物用量。

该方法与已有的研究成果相比具有计算准确、方便快速和鲁棒性强的特点,进而可以直接利用求取的聚合物量来追踪聚驱开发效果,可以很好的建立注入聚合物用量与采出程度之间的关系,只要连接到采油厂的生产数据库,便可及时了解聚驱开采井组的动态变化规律,进而优选措施井制定有效的开发方案。方法所用数据均为实际开采过程中的准确数据,故具有较高的实时性和准确性,同时也可以依据此方法建立聚合物用量与含水率、累积产油量,以及含水率与累积产油量之间的分类井组对标数据,并且随着开采区块的增加,在油田的大数据环境下可以针对油藏性质相似的区块建立聚驱开发效果标准模板,用于指导其他新开采聚驱油藏的实际生产工作。

附图说明:

图1是本发明涉及的油田注聚井聚合物用量劈分方法建立流程图。

图2是本发明在具体实施例部分涉及的连通井组示意图。

具体实施方式:

下面结合附图对本发明作进一步说明:

本发明的目的是提供基于贪心算法和量子蛙跳算法的注聚井聚合物用量劈分方法。它用于解决在油田生产注入聚合物驱油过程中,如何计算注聚井向周围连通采油井的聚合物劈分用量,进而计算单个采油井受效于周围连通注聚井的总聚合物用量,有利对采油井组进行注聚效果分析,建立分类井组注聚开发的开发效果对标曲线,及早发现油井见聚过早,含水上升快,采出液聚合物浓度高等问题。图1是本发明所述的油田注聚井聚合物用量劈分方法建立流程图。概括的说,本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:

首先,利用采油井和注聚井的有效厚度、渗透率、连通井距,措施改造系数建立注聚井静态垂向劈分系数和平面劈分系数公式;然后,利用注聚井的月注入量、静态垂向劈分系数与平面劈分系数计算劈分到周围连通采油井的受效注入溶液量;再后,以采油井为中心,按月累加与其连通的注聚井劈分给该采油井的受效注入溶液量;之后,查询采油井的月采液量,根据注采平衡原理计算采油井的月采液量与步骤二计算的受效注入溶液量之间的差值;之后,设定一个受效注入溶液量与采液量之间差值的阈值,依据贪心算法原理,寻找小于阈值的采油井,并固定与其连通的注聚井的劈分系数,然后按差值从小到大遍历所有采油井,搜索存在连通劈分值固定数与连通注聚井数差1的采油井,若存在则根据受效注入溶液量与实际采液量之间差值修正该劈分值,不断重复该步骤直到没有可修正的劈分系数;最后,利用量子蛙跳算法对其他未固定的劈分系数进行寻优,适应度函数设置为计算采油井受效注聚量与实际产液量之间差值的绝对值之和最小,约束条件为:(1)注聚井劈分系数的累加和为1;(2)单井受效注入溶液量与实际产液量的差值绝对值小于区块总注采差除以总采油井数,针对寻优过程如满足寻优条件则退出。

下面以油田某区块一口注聚井wi和4口连通采油井(分别为oil1、oil2、oil3、oil4)为例,如图2所示,措施改造系数(未措施:1,压裂:2,堵水:0,调剖:0.5),对本发明进行详细说明。

步骤一、建立注聚井静态垂向劈分系数和静态平面劈分系数公式;

具体数据如表1和表2;

表1注聚井和采油井静态数据

表2注聚井和采油井井距数据

首先在油田开发数据库里查询注聚井wi是否存在注入剖面数据,如果存在则静态垂向劈分系数αij按照每个层号的剖面比例进行赋值。否则按照公式(1)计算。以注聚井wi和4口采油井第一个小层的数据为例,此时j=1给出各参数的值,n1=4,l=4,k1=0.225,h1=2.3,k11=0.146,h11=4,3,k12=0.1095,h12=4.6,k13=0.082,h13=3,k14=0.081,h14=2.9,m11=1,d11=147.97,根据表1和2很容易给出j=2,3,4各参数的值。按照公式(1)计算αij:

按照公式(2)计算注聚井wi第j小层第l个连通采油井的静态平面劈分系数βijl

表3wi的垂向劈分系数和平面劈分系数

步骤二、计算与采油井l连通的所有注聚井劈分的总注入溶液量,具体实现路径依次按照2.1和2.2步骤完成;

2.1,按照公式(3)计算注聚井wi劈分到第l个采油井的总劈分系数pil

在油田开发数据库中查询注聚井wi的某月注入溶液量water_liquidi=1391,则根据公式3和表3的劈分系数可以获得注聚井劈分到第l个采油井的总劈分系数pil如表4所示:

表4与wi连通的采油井总劈分系数

通过上面方法可以求解该区块所有注聚井分配给各连通采油井的总劈分系数。

2.2按公式(4)计算与采油井l连通的所有注聚井劈分的总注入溶液量sum_liquidl;

以oil1为中心,在表4中查询与oil1连通的注聚井劈分给该井的总劈分系数(用w1、w2、w3和w4代表,此时sum=4),并根据w1、w2、w3和w4当月的注入溶液量计算,如表5所示:

表5注聚井月注入量与采油井计算注入量结果

步骤三、依据采油井采液量动态调整总劈分系数,具体实现路径依次按照3.1至3.4共4个步骤完成;

δ=oil_month_liquidl-sum_liquidl(5)

3.1按照油藏专家经验设定允许误差为δ=30,这个误差值主要由油藏专家根据实际区块的注采平衡数据来确定,一般取(总注入溶液量-总采液量)/总的采油井数。在油田开发数据库中查询oil1当月的月采液量oil_month_liquid=3561,sum_liquid=3586,则按照公式(5)计算δ=abs(3561-3586)=25<30,说明计算的劈分系数较为准确,则4口注聚井与oil1连通的总劈分系数在以后的修正过程中保持固定不变,如图1以o5为例,若o5就是oil1,则可以把w1、w2、w3和w4与o5的劈分系数固定;通过3.1把满足误差条件的劈分系数先都固定,然后再修正其他未满足条件的劈分系数;

3.2与注聚井i连通的采油井l,1≤l≤4,若存在任意l-1个采油井的pil已固定,则剩下采油井的pil也固定不变。以w2为例,与注聚井w2连通的采油井为o2、o3、o5和o6,若w2与o2、o3、o5的总劈分系数已固定,则根据4个劈分系数总和等于1的约束条件,可以把w2与o6的劈分系数也固定。

3.3按abs(δ)≤δ大于设定允许误差δ的采油井从小到大依次查询,若存在与采油井l连通的注聚井i,1≤i≤4中任意i-1个pil已固定不变,则根据公式(6)修正未固定的pil,修正后执行3.1,若不存在未固定数为1的pil,则执行3.4;

例如,存在一个采油井l,与其连通的注聚井为w1、w2、w3的劈分系数已固定,则可以通过公式(6)修正l与w4的劈分系数。该区块中某采油井l修正前与w4的pil=0.1753045,修正前计算采油井l的sum_liquid=2691,采油井l实际oil_month_liquid=2573,w4的water_liquidi=1526,σ/2=30/2=15,则修正后的系数为pil=0.1753045+(2573-2691+15)/1526=0.1078,修正后执行3.1。

3.4继续重复3.3,直到没有可以修正的总劈分系数pil,则转入步骤四,即利用量子蛙跳算法优化未修正的劈分系数pil,使区块劈分后的注入溶液量与采出液量相差最小;

步骤四、基于量子蛙跳算法优化未固定总劈分系数,具体实现路径依次按照4.1至4.6共6个步骤完成;

4.1劈分系数编码

表6个体编码方案表

如表6所示,设该区块共有m个采油井和n个注聚井,注聚井的劈分系数pji,i=1,...,m;j=1,...,n,若注聚井j与采油井i连通则pji>0,0<pji<1,否则pji=0,并且在实际计算过程中只需将pji≠0的劈分系数进行编码。

考虑到量子蛙跳算法的个体编码有两个幅角θji,φji,可按公式(8)对量子蛙跳算法的个体进行初始化。

这种初始化方法不仅保留了基于静态参数计算的劈分系数,同时还增加了初始个体的种群多样性。为简化计算,实例中以一口采油井y为例,采油井y经过前面的步骤得到的劈分系数和连通的注聚井注入溶液量如表7所示。

表7采油井y劈分系数及注聚井月注入量

简化量子蛙跳算法优化过程,设量子蛙跳算法里的包含6个个体,这里根据表7和公式(8)的获得6对幅角:

表8采油井y劈分系数及注聚井月注入量

4.2计算个体适应度

这样一对幅角θji,φji可以生成三组解代表注聚井j与连通的采油井i的劈分系数;按照公式(9)进行解空间变换和公式(10)、(11)计算适应度和优先级见表9所示:

表9采油井y劈分系数及注聚井月注入量

4.3优化个体分组

按照表9的priorityi对优化个体进行升序排序,将6个体分成g=2组,每组包含h=3个个体;前2个个体依次分到2个组里,则第3个个体进入第1个分组;由此分组1内包含3、4、2个体,分组2内包含6、5、1个体。

4.4个体更新策略

分组1和分组2的个体分别进行iter_num=5次迭代,按照公式(12)每次迭代只更新组内最差个体,完成5次迭代后再根据4.3重新分成2组,并设置算法总迭代次数t=t+1。

从个体的更新策略可知转角δφ,δθ的符号及大小决定着算法的寻优性能。令b=zgj-zwj,构造一个查询表来确定δφ和δθ,sgn为符号函数。

表11和δθ的查询表

以分组2内的迭代为例演示最差个体迭代过程;以更新最差个体(1)的w1的幅角(122.195,5.097),x,y,z(0.9214,0.4763,0.2336)为例,全局最优个体(3)的w1的幅角(122.195,40.887)x,y,z(0.8199,0.3256,0.2336),组内最优个体(6)的w1的幅角(122.195,39.631)x,y,z(0.8259,0.3301,0.2336),

δθ=-sgn(0.2336-0.2336)|rand()(122.195-122.95)|=0

则最差个体(1)的w1的新幅角(122.195+δθ,5.097+δφ)为(122.195,-29.437),对应的新x,y,z(0.8685,0.6309,0.2336),依此方法可以得到w2、w3、w4的新幅角和x,y,z值。然后组成最差个体的新个体,并计算新个体的适应度,如果比最差个体(1)更优则用新幅角代替θw和φw,否则用全局最优个体(3)替换组内最优个体(6)的幅角按上面方法继续产生新个体;若该新个体的适应度优于(1)则替换,否则随机生成θw和φw代替(1)的幅角。

4.5个体变异策略

若选择个体1作为变异个体,则根据公式(14)生成新个体如表12所示:

表12个体变异适应度结果

若新个体优于当前最优个体则按照式(15)计算θ和φ并替换θg和φg;

表13变异个体的幅角替换最优个体的幅角

4.6算法结束判断

若满足寻优条件或总迭代次数等于t则退出,否则t=t+1跳到4.2继续寻优;

步骤五、依据总劈分系数计算采油井的受效聚合物用量

根据步骤一到四计算的总劈分系数pil按公式(16)计算采油井l的受效聚合物用量poymerl;

表14采油井的受效聚合物用量

根据以上实际数据结果可知,本发明提出的方法利用油田开发过程中动静态数据追踪聚驱开发效果,可以很好的建立注聚量用量与采出程度之间的关系,只要连接到采油厂的生产数据库,便可及时了解聚驱开采井组的动态变化规律,进而优选措施井制定有效的开发方案。方法所用数据均为实际开采过程中的准确数据,故具有较高的实时性和准确性,同时也可以依据此方法建立聚合物用量与含水率、累积产油量,以及含水率与累积产油量之间的分类井组对标数据,并且随着开采区块的增加,在油田的大数据环境下可以针对油藏性质相似的区块建立聚驱开发效果标准模板,用于指导其他新开采聚驱油藏的实际生产工作。

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