一种碳酸盐岩油藏注气参数优化方法与流程

本发明涉及油藏开采领域，更具体地，涉及一种碳酸盐岩油藏注气参数优化方法。

背景技术：

碳酸盐岩储集层作为一种重要的油气产层，其储量占世界油气储量的一半。据统计，全球超过三分之一的碳酸盐岩储层为裂缝-溶洞性储层，主要储集空间以构造变形形成的构造裂缝与岩溶作用产生的孔、洞、缝为主，大型洞穴是其中最主要的储集空间。塔河油田是我国发现并开发的最大的海相整装碳酸盐岩油气田，其中奥陶系碳酸盐岩缝洞型油藏是目前全国最大的碳酸盐岩油藏。塔河油田形成了针对单井缝洞单元的注水替油和多井缝洞单元的注水开发技术，与常规注水采油技术不同，塔河油田缝洞型碳酸盐岩油藏中单井的注水采油，其增油机理主要是水与油在一个相对封闭的单元体内进行的重力置换，因此将这一技术命名为“注水替油”。但随着注水开发的进行，注水效果越来越差，剩余油主要分布在缝洞体的高部位，即油藏顶部滞留“阁楼油”。为了动用动用构造高部位的剩余油，2012年5月塔河油田开展了注气提高采收率试验，并在现场取得了良好的增油效果，其主要机理是注气形成人工气顶，驱替高部位剩余油。在注气替油技术中，选井原则、注气种类及适应性、注气参数、配套工艺等仍需要探索完善，如何提高注气替油的开发效果,建立合理的注气开发技术政策,这方面的研究急需深化和提高。

目前，注气参数优化方法主要有两类：一是传统的控制变量优化方法，通常是固定其他参数，每次只变化一个参数，局限于局部敏感性分析，费时费力，且反复应用油藏数值模拟迭代优化，目标值会因计算量过大而难以实施，同时此方法不能充分考虑各参数之间的交互作用，往往难以获得最佳方案；二是正交试验设计方法，该方法虽能减少试验次数，但得到的优化结果不具有连续性，且可靠性较差，它不能在给出的整个区域上找到因素和响应值之间的一个明确的函数表达式即回归方程，从而无法找到整个区域上因素的最佳组合和响应值的最优值。目前的优化方法数值模拟优化工作量大，且具有结果不准确、参数优化效率不高等缺点。因此，有必要开发一种高准确度、高效率的碳酸盐岩油藏注气参数优化方法。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

为了解决缝洞型碳酸盐岩油藏注气参数优化精度不高、工作量繁琐的问题，本发明提供一种碳酸盐岩油藏注气参数优化方法：基于响应面与遗传算法的注气参数优化方法，即将多项式响应面模型引入到缝洞型油藏注气优化设计中，拟合注入参数与增产增幅之间的复杂非线性关系，最后应用遗传算法进行全局寻优，得到最优注气参数。

根据本发明的碳酸盐岩油藏注气参数优化方法可以包括以下步骤：

1)确定影响碳酸盐岩油藏注气增产幅度的n个注气参数，以及这n个注气参数的取值范围；

2)利用box-behnken设计方法，基于所述n个注气参数设计针对增产幅度的m个数值模拟方案；

3)基于所述m个数值模拟方案计算的增产幅度结果的方差，确定响应面回归模型的类型；

4)基于步骤3)的判别结果建立响应面回归模型方程，建立增产幅度与所述n个注气参数之间的关系；

5)基于步骤4)建立的响应面回归模型进行全局寻优，获得满足收敛条件的注气参数值的最优组合。

优选地，所述增产幅度与注气参数之间的关系如下：

式中，为增产幅度，xk为第k个注气参数，α0、αj、αjj,αjk为待求系数。

优选地，步骤5)包括：以步骤4)建立的响应面回归模型作为适度函数，利用遗传算法在满足约束条件的区域内实现全局寻优。

优选地，影响碳酸盐岩油藏注气增产幅度的n个注气参数为：注气速度、注气量、焖井时间、产液速度和周期产液量。

优选地，响应面回归模型的类型包括：线性模型、二因素互作用模型、二次方模型、三次方模型。

与现有的碳酸盐岩油藏注气替油参数优化方法相比，本发明利用响应面方法进行试验设计，建立响应面模型，避免了控制变量法或者正交设计法，试验设计方案过多的问题；并利用遗传算法进行全局寻优，避免了目前方法数值模拟优化工作量大、得到的结果并非全局最优解的问题，因此本方法具有广阔的应用前景。

本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为根据本发明的示例性实施方案的碳酸盐岩油藏注气参数优化方法的流程图；

图2为示出利用遗传算法优化注气参数的流程图；

图3a、3b、3c分别显示了注气替油过程中的原始油水分布、水驱后油水分布、注气后油水分布；

图4为数模结果和响应面结果模型对比图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

以下参考图1详细描述根据本发明示例性实施方案的碳酸盐岩油藏注气参数优化方法。

该方法主要包括以下步骤：

步骤1：确定影响碳酸盐岩油藏注气增产幅度的n个注气参数，以及这n个注气参数的取值范围。

根据矿场资料及经验等，选择影响碳酸盐岩油藏注气增产幅度的n个注气参数，为其设定表示符号，并确定这n个注气参数的取值范围。

在一个示例中，选择五个注意参数，分别设定a为注气速度、b为注气量、c为焖井时间、d为产液速度、e为周期产液量，并设定各参数的最大和最小取值范围，如表1所示。

表1注气参数取值范围及水平

步骤2：利用box-behnken设计方法，基于所述n个注气参数设计针对增产幅度的m个数值模拟方案。

在一个示例中，利用box-behnken设计方法，对于注气速度、注气量、焖井时间、产液速度、周期产液量这五个注气参数，设计增产幅度的数值模拟方案。

步骤3)基于所述m个数值模拟方案计算的增产幅度结果的方差，确定响应面回归模型的类型。

在一个示例中，响应面回归模型的类型包括：线性模型、二因素互作用模型、二次方模型、三次方模型。

基于步骤4)的判别结果建立响应面回归模型方程，建立增产幅度与所述n个注气参数之间的关系。

在一个示例中，所述增产幅度与注气参数之间的关系如下：

式中，为增产幅度，xk为第k个注气参数，α0、αj、αjj,αjk为待求系数。

通过油藏数值模拟对响应面模型进行验证，可以检验结果的准确性。

步骤5：基于步骤4)建立的响应面回归模型进行全局寻优，获得满足收敛条件的注气参数值的最优组合。

在一个示例中，以步骤4)建立的响应面回归模型作为适度函数，利用遗传算法(ga算法)在满足约束条件的区域内实现全局寻优。例如，在确定了响应面回归模型为二次方模型后，则建立二次响应面模型，并以其作为适度函数，采用二进制编码，生成初始种群，基于几何分布进行选择操作，采用算术交叉法进行交叉操作，采用非均匀变异法进行变异操作，优化出最大采收率增幅下的注气参数，如图2所示。

应用示例

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

步骤1：示例油田属于缝洞型碳酸盐油藏，注气替油的过程如图3a-3c所示，其中，图3a显示了原始油水分布，图3b显示了水驱后油水分布，图3c显示了注气后油水分布。影响该油藏的注气增产幅度的主要参数有注气速度、注气量、焖井时间、产液速度和周期产液量五个参数，各参数的取值范围见表2。

表2影响示例油藏的注气参数取值范围及水平

步骤2：利用bbd设计方法，进行数值模拟试验设计，优化试验方案，总共设计46个增产幅度的数值模拟方案，见表3。

表3基于5变量bbd方法的试验样本

步骤3：对上述46个方案进行数值模拟运算，得出增产幅度，根据试验方案计算结果的方差分析，判别响应面回归模型的类型，通过分析发现二次方程的拟合结果较好，所以选用二次方程建立增产幅度和注采参数之间的响应面，如表4所示。

表4各模型拟合精度比较

步骤4：应用响应面模型方法建立回归模型方程，建立增产幅度与注气参数之间的关系如下：

ln(增产幅度)＝0.696+0.328×a+0.329×b-0.791×c+0.011×d+6.559×e

-0.059×ab+0.056×ac-0.002×ad-1.22×ae+0.056×bc

-0.002×bd-1.218×be+1.868×cd+1.137×ce-0.041×de

-0.03×a²-0.032.325×b²+0.133*c²-3.38×10^-5d²-12.064*e²

式中，a为注气速度，单位为m³/d；b为注气量，单位为m³；c为焖井时间，单位为d(天)；d为产液速度，单位为m³/d；e为周期产液量，单位为m³。

同时利用数值模拟计算结果和响应面公式进行对比，如图4所示，拟合结果较高，说明响应面模型能够应用于注采参数的优化。

步骤5：以已建立的二次响应面模型作为适应度函数，利用遗传算法在满足约束条件的区域内实现全局寻优，获得满足收敛条件的注入参数最优组合，其过程如图2所示。最优注采参数为：注气速度为1500m³/d；注气量12000m³；焖井时间为22天；d为产液速度为25m³/d；e为周期产液量为230m³

本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。