一种优化水平井分段液流控制完井段内参数的方法与流程

本发明涉及油气开采领域，具体涉及一种优化水平井分段液流控制完井段内参数的方法。

背景技术：

在油气开采领域，水平井技术是一种相当先进的重要技术。具体的，水平井是最大井斜角达到或接近90°(一般不小于86°)，并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。有时为了某种特殊的需要，井斜角可以超过90°，“向上翘”。一般来说，水平井适用于薄的油气层或裂缝性油气藏，目的在于增大油气层的裸露面积。

在水平井技术中，关键技术之一是水平井分段液流控制完井技术。水平井分段液流控制完井是一种可以根据水平井不同层段的油藏特性、流体特性和井眼状况等来针对性地布置的完井方案，从而对油气实现有效开采的完井技术。该技术可以通过调整流体向井的入流动态来减缓底水油藏或气顶油藏水气的突进，使流体沿井筒均匀分布，从而延长油井生产寿命。水平井分段液流控制完井有多种形式：选择性射孔完井、变密度筛管完井、调流控水筛管完井、流动控制装置(icd)完井以及智能完井等，这些方式的共同点都是通过控制各段的流动压降达到出液平衡，只是选择的具体方式有所不同。

在水平井分段液流控制完井技术方案的执行过程中，水平井分段液流控制完井段内参数的选取尤为重要，其直接决定技术方案的最终执行效果。但是，由于在水平井分段液流控制完井的控制系统中，参数数量众多，各参数之间的关系十分复杂，再加上方案实施过程中地质相关参数的不确定性，在现有技术中，只能依据技术方案的历史实时记录，依赖个人经验确定水平井分段液流控制完井段内参数，最终技术方案的实施效果远远无法达到理想水平。

技术实现要素：

本发明提供了一种优化水平井分段液流控制完井段内参数的方法，所述方法包括：

步骤1，建立参数计算模型；

步骤2，确定优化结果目标以及与所述优化结果目标关联的待优化参数；

步骤3，根据所述参数计算模型确定所述优化结果目标与所述待优化参数之间的计算关系；

步骤4，确定所述优化结果目标的理想值；

步骤5，以待优化参数的具体数值组合为个体，以多个不同的具体数值组合构成种群，以根据所述个体计算出的所述优化结果目标的计算值与所述理想值的接近程度为筛选条件，采用遗传算法多次迭代，获取多次迭代过程中可以计算出最接近所述理想值的计算值的待优化参数的具体数值组合。

在一实施例中，采用遗传算法多次迭代，包括：

步骤一，设置种群内个体数量fn，迭代计算次数in；

步骤二，随机选取待优化参数的具体数值组合，初始化种群；

步骤三，计算种群中所有待优化参数的具体数值组合对应的优化结果目标的计算值；

步骤四，选取最接近所述理想值的前k个计算值对应的待优化参数的具体数值组合；

步骤五，对选取的k组具体数值组合进行交叉、变异计算，生成fn个新的具体数值组合，构成新的种群；

步骤六，重复步骤三～五，直至迭代in次。

在一实施例中，对选取的k组具体数值组合进行交叉、变异计算，其中，个体的遗传交叉包括：

在个体串中随机设定一个交叉点，实行交叉时，该点前或后的两个个体的部分结构进行互换，并生成两个新个体。

在一实施例中，对选取的k组具体数值组合进行交叉、变异计算，其中，个体的遗传变异包括：

对种群中所有个体以事先设定的变异概率判断是否进行变异；

对进行变异的个体随机选择变异位进行变异。

在一实施例中，采用遗传算法多次迭代，还包括：

设定所述待优化参数的数值上下限以及调整步长，在所述步骤二以及步骤五中，基于所述调整步长、在所述数值上下限范围内进行具体数值组合的选取、交叉以及变异操作。

在一实施例中，所述方法还包括：

将所述水平井水平段分为多段，针对需要打开的每一段进行基于步骤1～5的参数优化。

在一实施例中，依据沿水平井筒储层渗透率分布将所述水平井水平段分为多段。

在一实施例中，所述水平井为分段喷嘴型icd完井，所述参数计算模型为分段液流控制完井油藏与井筒耦合流动模型。

在一实施例中，在所述分段液流控制完井油藏与井筒耦合流动模型中，完井装置入流压降计算方法采用喷嘴型icd压降计算方法。

在一实施例中，所述分段液流控制完井油藏与井筒耦合流动模型包括：

油藏渗流模型；

水平井油管内压降计算模型；

喷嘴/孔眼型icd压降计算模型。

根据本发明的方法，可以大大提高水平井分段液流控制完井技术方案的执行效果；相较于现有技术，本发明的方法过程简单，实施难度低，消耗工作量小，具有较高的实用价值以及推广价值。

本发明的其它特征或优点将在随后的说明书中阐述。并且，本发明的部分特征或优点将通过说明书而变得显而易见，或者通过实施本发明而被了解。本发明的目的和部分优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的步骤来实现或获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例的方法流程图；

图2是根据本发明一实施例的方法部分流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此本发明的实施人员可以充分理解本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程并依据上述实现过程具体实施本发明。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

在水平井技术中，关键技术之一是水平井分段液流控制完井技术。水平井分段液流控制完井是一种可以根据水平井不同层段的油藏特性、流体特性和井眼状况等来针对性地布置的完井方案，从而对油气实现有效开采的完井技术。该技术可以通过调整流体向井的入流动态来减缓底水油藏或气顶油藏水气的突进，使流体沿井筒均匀分布，从而延长油井生产寿命。水平井分段液流控制完井有多种形式：选择性射孔完井、变密度筛管完井、调流控水筛管完井、流动控制装置(icd)完井以及智能完井等，这些方式的共同点都是通过控制各段的流动压降达到出液平衡，只是选择的具体方式有所不同。

在水平井分段液流控制完井技术方案的执行过程中，水平井分段液流控制完井段内参数的选取尤为重要，其直接决定技术方案的最终执行效果。但是，由于在水平井分段液流控制完井的控制系统中，参数数量众多，各参数之间的关系十分复杂，再加上方案实施过程中地质相关参数的不确定性，在现有技术中，只能依据技术方案的历史实时记录，依赖个人经验确定水平井分段液流控制完井段内参数，最终技术方案的实施效果远远无法达到理想水平。

针对上述问题，本发明提出了一种优化水平井分段液流控制完井段内参数的方法。具体的，在本发明中，基于遗传算法，通过具体详细的计算来确定相对最优的参数值，从而实现水平井分段液流控制完井段内参数的优化。在本发明的方法中，不仅可以最大限度地从无穷多参数组合样本中找出最接近于优化目标的组合，而且避免了人为主观因素对参数优化过程的干扰。根据本发明的方法，可以大大提高水平井分段液流控制完井技术方案的执行效果；相较于现有技术，本发明的方法过程简单，实施难度低，消耗工作量小，具有较高的实用价值以及推广价值。

接下来基于流程图详细描述本发明实施例的实施过程。附图的流程图中示出的步骤可以在包含诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。虽然在流程图中示出了各步骤的逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

如图1所示，在一实施例中，方法包括：

步骤s110，建立参数计算模型；

步骤s120，确定优化结果目标(技术方案最终达成的结果参数)以及与优化结果目标关联的待优化参数；

步骤s130，根据参数计算模型确定优化结果目标与待优化参数之间的计算关系；

步骤s140，确定所述优化结果目标的理想值(理想状态下技术方案所能够最终达成的结果值)；

步骤s150，以待优化参数的具体数值组合为个体，以多个不同的具体数值组合构成种群，以根据个体计算出的优化结果目标的计算值与理想值的接近程度为筛选条件，采用遗传算法多次迭代，获取多次迭代过程中可以计算出最接近理想值的计算值的待优化参数的具体数值组合，以最终获取的具体数值组合为优化结果。

具体的，如图2所示，在一实施例中，采用遗传算法进行多次迭代以优化参数的过程包括：

步骤s151，设置种群内个体数量fn，迭代计算次数in；

步骤s152，随机选取待优化参数的具体数值组合，初始化种群；

步骤s153，计算种群中所有待优化参数的具体数值组合对应的优化结果目标的计算值；

步骤s154，选取最接近理想值的前k个计算值对应的待优化参数的具体数值组合；

步骤s155，对选取的k组具体数值组合进行交叉、变异计算，生成fn个新的具体数值组合，构成新的种群；

最后，重复步骤s153～155，直至迭代in次。

进一步的，在一实施例中，上述步骤中的fn、in以及k为非零自然数。具体的，在一实施例中，根据当前的优化精度需求、优化时间能力以及遗传计算系统的计算能力确定fn、in以及k的具体值。

进一步的，在一实施例中，在步骤s155中，个体的遗传交叉包括：

在个体串中随机设定一个交叉点，实行交叉时，该点前或后的两个个体的部分结构进行互换，并生成两个新个体。

例如：

个体a为1001111，个体b为0011000。

设定个体串第4位与第五位之间为交叉点，则个体a与个体b的交叉表现为：

个体a：1001↑111→1001000新个体；

个体b：0011↑000→0011111新个体。

进一步的，在一实施例中，在步骤s155中，个体的遗传变异包括：

对种群中所有个体以事先设定的变异概率判断是否进行变异；

对进行变异的个体随机选择变异位进行变异。

进一步的，在参数值交叉、变异操作中，调整原有的参数值而生成新的参数值，但是，如果调整幅度过小，那么最终的优化结果目标的计算值的波动范围也就不会很大，在这种情况下进行遗传迭代，就需要较高的计算精度。虽然上述实施方式会带来精度更高的优化结果，但是也带来了更大的计算量以及计算精度需求。因此，在一实施例中，根据当前的优化精度需求以及计算系统计算能力设定待优化参数的调整步长。以便降低遗传迭代计算时的计算压力。

进一步的，在迭代计算中，待优化参数的初始值的选取以及之后的参数值交叉、变异操作均具有一定的随机性，也就是说，选取到的参数值或交叉、变异计算获取到的参数值可能是现实场景中不可能存在的值(不合理值)。基于这些不合理值进行下一步的计算操作必然是浪费计算能力的无效计算操作。因此，在一实施例中，为了避免计算能力的浪费，在迭代计算中限定了待优化参数的数值范围。具体的，在一实施例中，根据实际应用环境限定待优化参数合理范围(上下限)(例如喷嘴的个数调整不能取负值，个数调整最大值不能超过实际系统所能容纳的最大喷嘴个数)，这样就可以避免不合理的参数值参与到迭代计算中。

进一步的，由于在实际应用场景，系统的实际物理情况会限定某些参数的具体取值情况，因此，在一实施例中，在参数值交叉、变异操作中，根据实际应用环境限定待优化参数的调整步长(例如喷嘴的个数调整只能是自然数)。

具体的，在一实施例中，设定待优化参数的数值上下限以及调整步长，在步骤s152以及步骤s155中，基于调整步长、在数值上下限范围内进行具体数值组合的选取、交叉以及变异操作。

进一步的，在实际应用中，水平井上不同位置的具体情况以及控制需求是不同的。在一实施例中，将所述水平井水平段分为多段，针对需要打开的每一段进行基于步骤s110～150的参数优化。

进一步的，在一实施例中，在对水平井进行分段时，依据沿水平井筒储层渗透率分布将水平井水平段分为多段。

进一步的，在一实施例中，当水平井为分段喷嘴型icd完井时，参数计算模型为分段液流控制完井油藏与井筒耦合流动模型。

具体的，在一实施例中，水平井为分段喷嘴型icd完井，生产方式为以定日产量方式(p吨/天)生产(不仅限于该种分段完井方式和生产制度)，进行水平井分段液流控制完井段内参数的优化包括以下步骤：

(1)建立分段液流控制完井油藏与井筒耦合流动模型，其中完井装置入流压降计算方法采用喷嘴型icd压降计算方法。

具体的，在一实施例中，分段液流控制完井油藏与井筒耦合流动模型包括：油藏渗流模型、水平井油管内压降计算模型以及喷嘴/孔眼型icd压降计算模型。

(a)具体的，在一实施例中，油藏渗流模型为：

a1x1＝b1(1)

式1中：

s为各段表皮系数，pe为油层边界或泄油边界压力，psandface，j为第j水平段沙面处压力值，qin，j为第j段水平段入流量，φi，j依据油藏类型可修改为不同形式。

具体的，针对底水油藏φi，j表达式为：

n为镜像反射次数，li为第i段水平段的长度，kij为第i段到第j段的等效渗透率。

具体的，在一实施例中，

(b)具体的，在一实施例中，水平井油管内压降计算模型(忽略重力压降)为：

a2x2＝b2(5)

其中：

fj为第j段摩擦系数，ptube，j为第j段油管内压力，qin，j为第j段进入油管的入流量，qw,,j为第j段微元管内流量。油管压力分布的边界条件为：

ptube,0＝pwf(7)

pwf为跟端油管内压力，即井底流压。

(c)具体的，在一实施例中，由于压降主要由节流产生，喷嘴/孔眼型icd压降计算模型为：

其中：

qin,j为第j段水平段入流量，dj为第j段水平段icd喷嘴直径，nj为第j段水平段喷嘴数量，ρ为流体密度，cd为icd流量系数，由实验测得。

(2)依据沿水平井筒储层渗透率分布将水平段分为n段，对其中需要打开的段进行编号1,2,3……m；

(3)假设水平段长度为l(单位m)，计算打开的m段均匀入流剖面f＝(p/l)×(m/n),单位：吨/天/m；

(4)选择参数优化目标，以d天后最大累计产量为例，目标值t＝d×p，单位：吨；

(5)设置icd各个参数上下限以及调整步长，如喷嘴个数(单位：个)上限为n_max，下限为n_min,调整步长为1；喷嘴直径(单位：mm)上限为dia_max，下限为dia_min,调整步长为1；喷嘴流量系数上限为cof_max，下限为cof_min；

(6)对第k段分段(1≤k≤m)进行遗传算法寻优，步骤如下：

a)设置种群内个体数量fn，迭代计算次数in；

b)随机选取fn组喷嘴个数、喷嘴直径、流量系数组合，初始化种群；

c)计算种群所有组合的该段内入流剖面，选取最接近目标剖面的前k组组合；

d)对步骤c)中的k组组合进行交叉、变异计算，生成fn组新的孔眼密度、孔眼直径组合。

e)重复步骤c)、d),直至迭代in次。

(7)重复步骤(6)，直到所有m段计算完毕。

下面利用一具体实施场景来详细描述本发明一实施例的具体实施效果。

某底水油藏内油井水平段长度800m。该井以打孔筛管完井，喷嘴直径调节范围为2-8mm，调节精度1mm；孔眼密度调节范围2-6个,调节精度1个；流量系数调节范围0.8-1，调节精度0.1。依据渗透率分布将井筒分9段，井底流压为28mpa，定产250m³/d下，以最大无水采油期为目标，无人工举升自然采出。采用本方法优化结果可得到喷嘴型icd最佳方案入流剖面最大误差0.16m³/d/m，28mpa情况下日产量243.88m3/d，各段入流速度与目标剖面接近，证明了本发明方法的正确性。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。本发明所述的方法还可有其他多种实施例。在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。