用于估计生产井位置处的流体突破时间的系统和方法

用于估计生产井位置处的流体突破时间的系统和方法
【专利摘要】用于基于流体传播模拟估计生产井位置处的流体突破时间的系统和方法。
【专利说明】用于估计生产井位置处的流体突破时间的系统和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 无。
[0003] 有关联邦资助研究的声明
[0004] 不适用。

【技术领域】
[0005] 本发明一般性涉及估计生产井位置处的流体突破时间。更具体地，本发明涉及基 于流体传播模拟（fluid propagation simulation)估计生产井位置处的流体突破时间。

【背景技术】
[0006] 已知用于估计生产井位置处的流体突破时间的各种系统和方法，包括历史拟合 (history matching，HM)。历史拟合（HM)是改变储层模拟模型以再现动力场响应的系统流 程。在HM应用中以及将储层模型适应于生产数据的过程中，主要目标是：a)生产数据集成 到储层模型中；b)灵活性、成本效益和计算效率；以及c)动态数据的充分利用。
[0007] 在过去十年中，HM技术发生了巨大演变并获得了极大的认可，且从大部分以地层 学方法作基础的传统（即人工的、确定性的）途径扩展到了新的发展，比如概率性的、基于 流线的HM、基于灵敏度/梯度的实验性设计。
[0008] HM工作流主要地将单个生产井处测量的流体（如油或水）动态响应和模拟的流体 (如油或水）动态响应之间的错配（misfit)的最小化考虑作为反演（inversion)主要目标 之一。在注水法（water-flooding)强化采油（Enhanced Oil Recovery,E0R)研究中，例如， 响应错配表示具有以下两个主要属性的微分或累积含水率曲线：1)流体突破时间；以及2) 响应的趋势和形状。尽管这两个属性都表示错配最小化过程中的重要变量，然而是流体突 破时间对井生产的经济性产生最大影响。此外，流体突破的间隔（即时间表）总是带有不 确定性，这使得最高置信度估计的努力成为可能，甚至更加相关。事实上，在动态井数据的 HM中将突破时间考虑作为一阶效应（first-order effect)以及将曲线趋势/形状中的变化 考虑作为二阶效应是良好的实践，因为它们主要地影响了作业条件。
[0009] 尽管HM技术取得了进步，然而，到目前为止，模型建立/模拟研究和HM工作流最 耗时的方案仍面临许多困难，这包括：
[0010] i)生产响应与储层参数之间的非线性结果；
[0011] ii)非唯一解决方案，其要求对一些表面上的"唯一"的定义；
[0012] iii)关键参数的相对影响可能不明显；
[0013] iv)约束不受限制，并且很少知道变量中的不确定性；以及 [0014] V)生产数据可能嘈杂且自身有偏差。


【发明内容】

[0015] 因此，通过提供用于基于流体传播模拟估计生产井位置处的流体突破时间的系统 和方法，本发明满足上述需要并克服了现有技术中的一个或多个缺陷。
[0016] 在一个实施例中，本发明包括一种用于基于流体传播模拟数据估计生产井处的流 体突破时间的方法，该方法包括：i)识别流线追踪数据；ii)基于流线追踪数据计算每一个 网格单元中的平均流线行进时间；iii)使用每一个网格单元中的平均流线行进时间识别 生产井的最短或最快的流线；iv)使用计算机处理器计算每一个横贯的网格单元上最短或 最快的流线的平均飞行时间（time-of-f light);以及v)使用流体传播模拟数据以及最短 或最快流线的平均飞行时间来估计生产井处的流体突破时间。
[0017] 在另一个实施例中，本发明包括一种有形地承载计算机可执行指令的非瞬态程序 载体装置，用于估计生产井处的流体突破时间。该指令可被执行以实施：i)识别流线追踪 数据；ii)基于流线追踪数据计算每一个网格单元中的平均流线行进时间；iii)使用每一 个网格单元中的平均流线行进时间识别生产井的最短或最快的流线； iv)使用计算机处理 器计算每一个横贯的网格单元上最短或最快的流线的平均飞行时间；以及V)使用流体传 播模拟数据以及最短或最快流线的平均飞行时间来估计生产井处的流体突破时间。
[0018] 通过各个实施例及相关附图的以下说明，本发明的其它方面、优点以及实施例将 变得对本领域技术人员显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0019] 下文参考附图描述本发明，其中类似的元件引用类似的附图标记，并且其中：
[0020] 图1为示出用于实施本发明的方法的一个实施例的流程图。
[0021] 图2A示出通过宽砂袋（sand pocket)传播的流体的速度和方向。
[0022] 图2B示出通过窄砂袋传播的流体的速度和方向。
[0023] 图3示出在模拟的初始阶段通过相模型的砂粒粒组（sand fraction)传播的流体 的示例。
[0024] 图4A示出具有2500个网格单元（50x50)以及5点井网（1个注射井⑴和4个 生产井（Pi-P 4))的合成2D渗透率模型。
[0025] 图4B依据模拟运行的迭代的数量（2500)，示出从注射井（I)通过图4A中的2D渗 透率模型传播的流体的模拟。
[0026] 图5示出图4B中的5点井网中的可能的流线分布。
[0027] 图6示出2D渗透率模型的给定网格单元（i、j、k)内沿着流线弧长的流线行进时 间。
[0028] 图7A示出图4A中的生产井Pi的观察的（测量的）含水率曲线。
[0029] 图7B示出图4A中的生产井P2的观察的（测量的）含水率曲线。
[0030] 图7C示出图4A中的生产井P3的观察的（测量的）含水率曲线。
[0031] 图7D示出图4A中的生产井P4的观察的（测量的）含水率曲线。
[0032] 图8为示出用于实施本发明的系统的一个实施例的方框图。

【具体实施方式】
[0033] 虽然具体地描述本发明的主题，然而，说明书本身不意欲限制本发明的范围。因 此，该主题还可与其它当前和未来技术相配合而以其它方式被具体实施为包括不同步骤或 与本文所描述的那些相类似的步骤的组合。此外，尽管这里可以使用术语"步骤"以描述所 采用的方法的不同要素，但是该术语不应该被解释为在本文公开的各种步骤之中或之间暗 含了任何特定的顺序，除非说明书明确限定具有特定顺序。尽管本发明可以被应用于油气 工业，然而本发明不限于此，而是还可以应用到其他工业来达到类似的结果。
[0034] 本发明包括用于基于流体传播的模拟估计生产井位置处的流体突破时间的系统 和方法。本发明包括流体传播模拟，该流体传播模拟通常是静态的并且显现使在注射井 (多个）注射的流体到达生产井（多个）的侵入时间（多个）。模拟给予对相建模（facies modeling)的充分考虑，其通过直接地用相分布约束模拟保持对地质模型的沉积连续性的 控制。该模拟还保持流体前缘传播（fluid front propogation)的随机性。尽管有模拟的 静态性，仍通过使用均匀分布来执行移动流体前缘的随机取样。
[0035] 本发明将流体侵入时间（多个）（由迭代的单元中的模拟给出的）转换成与井生 产历史兼容的物理时间域（按天、星期、月……给出的）。因此，本发明以快速且有成本效 益的方式提供对有价值的井生产参数的迅速估计的新可能性。例如，能够在展开充分反演 之前实现对与单个储层模型相关的流体突破时间（多个）快速且准确的估计。这种估计将 在井阀动力学（well valve dynamics)方面给井操作员提供有价值的信息，尤其在油和水 /天然气生产的管理产生实质性的经济影响的水注/气注E0R项目中。
[0036] 为了实现对流体突破时间（TBT)的快速估计，本发明使用流线追踪和相关的飞行 时间（Time-0f-Flight，"T0F"）与模拟的结合。因此，本发明使遵循模拟运行的流体突破 时间的快速逼近和在储层模型的流线灵敏度协助的自动历史拟合（"AHM"）的过程中的流 线追踪的一个迭代成为可能。
[0037] 方法说明
[0038] 现在参照图1，流程图示出用于实施本发明的方法100的一个实施例。
[0039] 在步骤102中，进行流体传播模拟（"FPS"）。用于进行FPS的一种技术基于由 D. Renard开发的RGeoS软件包中的算法。FPS算法模拟在注射井和/或生产井处已知的 数个流体的分布，其以规则格网的多个结点处已知的相信息为条件并且倾向于使在多个井 (如注射井）相遇的流体空间地增长或扩大。增长的速度和方向取决于能够被填充的砂袋 的尺寸。在图2中，例如，示出了通过宽砂袋（图2A)和窄砂袋（图2B)传播的流体的真实 速度和方向。袋206、208越大，增长越快。在FPS算法中利用了速度向量202、204。FPS算 法被设计成使用Eden模拟技术进行数字变量的一个模拟。该技术为多相流体流动模拟程 序提供更快的可选择解决方案。该技术结合了双重介质"黑色和白色"示例，其中白色表示 砂，而黑色表示具有一个或多个注射井和一个或多个生产井的页岩，如图3所示。在该示例 中，示出了砂相（sand facies)302、304、306以及两个注射井307、308的位置。
[0040] 现在参照图4A，示出了具有2500个网格单元（50x50)和5点井网（1个注射井（I) 和 4个生产井（Ρι-Ρ4))的合成2D渗透率模型。FPS算法被执行2500个迭代，因为每个迭 代填充该模型的一个单元。在图4B中，依据模拟运行的迭代（2500)的数量，示出了从注射 井（I)通过图4A中的2D渗透率模型传播的流体的模拟。在图5中，示出了图4B中的5点 井网中一个可能的流线分布。
[0041] 为了在含水率曲线的AHM反演中将FPS算法实施作为对流体突破时间的迅速代理 (proxy)估计，流体侵入时间（多个）到物理时间域（多个）的转换必须用以下主要假定进 行考虑：
[0042] i)流线T0F表示决定性标准化因数；
[0043] ii)追踪来自生产井（多个）的T0F表示泄油体积（drainage volume);以及
[0044] iii)追踪来自注射井的流体给出波及体积（swept volume)的评估。
[0045] 对于生产井中的流体突破时间的估计，假设使用本领域任何熟知的技术为给定储 层模型完成以下计算，以基于流体压力和速度的正演（forward)模拟追踪流线：a)流体侵 入时间的计算（即步骤102);以及b)流线追踪和T0F计算的第一个迭代（即步骤106)。 这些计算将提供a)从模拟迭代的数量给定的FPS算法的流体侵入时间（假设每一网格单 元1个迭代）；以及b)横贯坐标为（i，j，k)的任何储层模型网格单元的流线的总数量。
[0046] 在步骤104中，识别步骤102中的FPS数据结果，FPS数据结果包括流体通过表示 储层性质模型的一个或多个网格单元从注射井到达任何生产井（P m)需要的模拟迭代的数 量给出的流体侵入时间。
[0047] 在步骤106中，使用任何熟知的技术来识别流线追踪数据，该流线追踪数据包括 横贯每一个网格单元的流线段的数量（n sm)、每一个网格单元中的每一个流线段（Mi )的 行进时间、网格单元指数（indices)以及由连接注射井与生产井的所有流线横贯的 网格单元的总数量。现在参照图6,示出了 2D渗透率模型的给定网格单元内沿着流线弧长 的流线行进时间。指数（η)和（m)分别运行在每一个网格单元中的所有流线段以及所有生 产井上（n= [l..NSM]和m= [l..Np])。可以通过使用以下公式沿着每一个流线轨迹集成 流线追踪器的"慢度（slowness) "来计算每一个网格单元中的流线段的行进时间:
[0048]

【权利要求】
1. 一种用于基于流体传播模拟数据估计生产井处的流体突破时间的方法，包括： 识别流线追踪数据； 基于所述流线追踪数据计算每一个网格单元中的平均流线行进时间； 使用每一个网格单元中的所述平均流线行进时间识别所述生产井的最短或最快的流 线. 使用计算机处理器计算所述最短或最快的流线在每一个横贯的网格单元上的平均飞 行时间；以及 使用所述流体传播模拟数据和所述最短或最快流线的所述平均飞行时间估计所述生 产井处的所述流体突破时间。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述流体传播模拟数据包括由流体通过表示储层 性质模型的一个或多个网格单元从注射井到达所述生产井需要的模拟迭代的数量表示的 流体侵入时间。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述流线追踪数据包括横贯每一个网格单元的流 线段的数量、每一个网格单元中的每一个流线段的行进时间、每一个网格单元的指数以及 由连接注射井与生产井的所有流线横贯的网格单元的总数量。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中每一个网格单元中的所述平均流线行进时间通过 以下公式来计算：
其中（NSM)表示横贯每一个（))网格单元的流线段的数量，并且表示每一个网 格单元中的每一个流线段的所述行进时间。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述生产井的所述最短或最快的流线表示多个网 格单元中平均流线行进时间之和最小的流线，所述流线横贯在注射井和所述生产井之间。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中使用所述最短或最快流线的平均流线行进时间的 最小之和以及由所述最短或最快流线横贯的网格单元的总数量计算所述最短或最快流线 在每一个横贯的网格单元上的所述平均飞行时间。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述最短或最快流线的所述平均飞行时间通过以 下公式来计算：
其中（#:° )表示由所述最短或最快流线横贯的所有网格单元的总数量，表示 所述最短或最快流线的平均流线行进时间的最小之和以及（u)表示由所述最短或最快流 线横贯的网格单元的所有指数上运行的数量。
8. 根据权利要求2所述的方法，其中所述生产井处的所述流体突破时间通过以下公式 来估计：
其中（Nxyz)和（Np)分别表示所述储层性质模型的总尺寸和生产井的总数量，（<TOF> min) 表示所述最短或最快流线的所述平均飞行时间，（4)表示由连接注射井与所述生产井 的所有流线横贯的网格单元的总数量以及（)表示所述流体侵入时间。
9. 根据权利要求1所述的方法，还包括为每一个生产井重复权利要求1中的所述步骤。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述储层性质模型是渗透率模型。
11. 一种有形地承载计算机可执行指令的非瞬态程序载体装置，用于基于流体传播模 拟数据估计生产井处的流体突破时间，所述指令可被执行以实施： 识别流线追踪数据； 基于所述流线追踪数据计算每一个网格单元中的平均流线行进时间； 使用每一个网格单元中的所述平均流线行进时间识别所述生产井的最短或最快的流 线. 计算所述最短或最快流线在每一个横贯的网格单元上的平均飞行时间；以及 使用所述流体传播模拟数据和所述最短或最快流线的所述平均飞行时间估计所述生 产井处的所述流体突破时间。
12. 根据权利要求11所述的程序载体装置，其中所述流体传播模拟数据包括由流体通 过表示储层性质模型的一个或多个网格单元从注射井到达所述生产井需要的模拟迭代的 数量表示的流体侵入时间。
13. 根据权利要求11所述的程序载体装置，其中所述流线追踪数据包括横贯每一个网 格单元的流线段的数量、每一个网格单元中的每一个流线段的行进时间、每一个网格单元 的指数以及由连接注射井与生产井的所有流线横贯的网格单元的总数量。
14. 根据权利要求13所述的程序载体装置，其中每一个网格单元中的所述平均流线行 进时间通过以下公式来计算：
其中是横贯每一个网格单元的流线段的数量并且表示每一个网格 单元中的每一个流线段的所述行进时间。
15. 根据权利要求11所述的程序载体装置，其中所述生产井的所述最短或最快流线表 示多个网格单元中平均流线行进时间之和最小的流线，所述流线横贯在注射井和所述生产 井之间。
16. 根据权利要求15所述的程序载体装置，其中使用所述最短或最快流线的平均流线 行进时间的最小之和以及由所述最短或最快流线横贯的网格单元的总数量计算所述最短 或最快流线在每一个横贯的网格单元上的所述平均飞行时间。
17. 根据权利要求16所述的程序载体装置，其中所述最短或最快流线的所述平均飞行 时间通过以下公式来计算：
其中（t：!)表示由所述最短或最快流线横贯的所有网格单元的总数量，表示 所述最短或最快流线的平均流线行进时间的最小之和以及（U)表示由所述最短或最快流 线横贯的网格单元的所有指数上的运行的数量。
18. 根据权利要求12所述的程序载体装置，其中所述生产井处的所述流体突破时间通 过以下公式来估计：
其中（Nxyz)和（Np)分别表示所述储层性质模型的总尺寸和生产井的总数量，（<TOF> min) 表示所述最短或最快流线的所述平均飞行时间，（)表示由连接注射井与所述生产井 的所有流线横贯的网格单元的总数量以及表示所述流体侵入时间。
19. 根据权利要求11所述的程序载体装置，还包括为每一个生产井重复权利要求1中 的所述步骤。
20. 根据权利要求11所述的程序载体装置，其中所述储层性质模型是渗透率模型。
【文档编号】G06G7/48GK104067290SQ201280068076
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年2月10日 优先权日:2012年2月10日
【发明者】马奥斯·马克 申请人:兰德马克绘图国际公司