專利名稱：：油氣田規模生產優化的方法
技術領域：
：本發明一般涉及用于控制油氣田的碳氫化合物生產的方法，而且更特別地涉及用于通過增加井之中的流體流量分配來優化生產的方法。
背景技術：
：已知試圖優化或增加來自包含一個或多個地下儲層的油氣田的生產流體(包括碳氫化合物)的產量的油氣田規模優化。井或井眼用地面設備連接儲層，該地面設備收集和處理所捕獲的生產流體。典型地，這些生產流體包括油、氣、水的組分。節流器或流量控制裝置用于調節井場中的井眼之中的流量分配。可以通過調節節流器來控制單個井眼的油、氣、水的不同組分的相對生產量和生產比以便改變井眼中的壓力。需要地面設備來生產和處理生產流體。這些設備可包括比如分離器、泵、儲罐、壓縮機等的裝置。理想地，通過使用盡可能最小的且最便宜的地面設備來最小化這些設備的資本支出。然而，流體處理能力應該足夠大以便不過度限制經濟需要的油和/或氣的生產流量。因此，井眼中流體流的分配理想地被優化成最大化金錢回收，同時滿足比如由地面設備的流體處理能力所施加的生產約束。優化技術用于以給定的一組生產約束來預測井眼中的流體流的最佳分配。首先，儲層模擬器用于數學模擬貫穿包括儲層和井眼的油氣田的流體流。模擬流用于建立每個井眼的組分流量曲線或流量方程，其描述一種組分(比如水)的流量與另一種組分(例如油)的流量如何相關。典型地，建立設法最優化比如最大化油生產或最小化水生產的目標的目標函數。目標函數合并來自被儲層模擬所預測的井眼的流量。指定一組生產約束，比如油氣田的油生產目標或者氣或水的生產限制。形成約束方程以滿足這些生產約束。井眼之中的流體流必須依附這些生產約束。然后目標函數由被稱為優化程序器的子程序優化以便確定井眼之中的流量的最佳分配。優化程序器在優化過程中利用井眼組分流量方程和約束方程。典型的油氣田規模優化設計的第一個缺點是優化的可行解不可能用于指定的生產約束。例如，可能需要某一水平的油產量，但不能生產多于指定量的水。帶有該組約束的目標函數的可行解是不可能的。在這種場合下，必須調整一個或多個約束，并且再次運行儲層模擬器和優化程序器以便確定可行解是可能的時候。在處理目標函數的大量優化中運行的迭代是計算集約的(intensive)而且不合需要。一些優化設計中的第二個問題是雖然可獲得目標函數優化的可行解，然而其結果可能是不實用的。例如，在第一次運行或時間步長中，優化程序器可確定第一井眼應該高水平生產而第二井眼基本上關閉。在下一個時間步長中，優化程序器可提示第二井眼高水平生產而第一井眼基本上關閉。所以，如果跟隨來自優化程序器所提示的分配，井眼的生產可能振蕩。通常，如果來自具有相似流體流動性的井眼的生產處于一致的水平，則其更實用。在時間步長期間，這將最小化來自相關井眼的生產中的振蕩。第三個缺點是生成井眼流體生產的組分流量曲線或方程可以是計算集約的。計算這些流量曲線的一種方法是當節流器被打開并且儲層和井眼之間的壓降(pressuredrawdown)增加時，建立井眼和周圍儲層的子模型并迭代處理組分(例如油、氣體和水)的生產流量。典型地，必須進行幾次牛頓迭代以產生每一個數據點，所述數據點建立了在井眼中給定壓降下一種組分相對于另一種組分的產量關系。此外，井眼中的壓降與控制井眼的節流器的如何打開相關。多次重復本過程直到已經計算足夠的數據點，可為如30-50個數據點，使得可以形成總流量曲線或方程。然后，優化程序器在目標函數優化期間使用流量曲線或方程。使用這些多次牛頓迭代來建立流量曲線或方程而產生的數據點計算費用高。本發明提供針對傳統的油氣田規模優化設計的上述缺點的解決方案。首先，生成目標函數和關聯的約束方程，其可以在優化程序器的單次運行中被處理以產生可行解。其次，可以生成約束方程，所述約束方程需要來自待關聯的相似井眼的生產流量以便防止儲層模擬的時間步長之間的井流量的顯著振蕩。最后，描述產生與井眼的流體組分之間的生產流量相關聯的井眼組分流量曲線或方程的有效方法。
發明內容本發明包括一種用于增加與至少一個地下儲層流體連通的多個井眼之中的流體流量分配的方法。使用數值儲層模擬器在至少一個地下儲層中和在與地下儲層流體連通的許多井眼中模擬流體流。由井眼中的模擬流形成組分流量方程。選擇帶有理想地是軟約束的至少一個生產約束的生產約束，所述軟約束如果在優化過程期間必須提供可行解，則可違反該軟約束。也形成了對應于生產約束的約束方程。形成對應于井眼中的流體流的目標函數。目標函數也可以包括對應于軟約束和軟約束方程的約束違反懲罰。然后，利用組分流量方程和約束方程來優化目標函數以便確定井眼之中的流體流量的增加的分配。如果需要，可以違反軟約束以便獲得目標函數優化的可行解。約束違反懲罰的存在允許軟約束被違反，同時仍滿足相應的約束方程。然后，在井眼之中分配如通過目標函數的優化來確定的流體流量。如果需要，軟約束可被優先成軟約束中的應該是最難違反的約束以獲得目標函數優化的可行解。加權比例因子可與目標函數中的約束違反懲罰關聯。加權比例因子可根據軟約束的優先化而被加權，使得較高優先級的軟約束比較低優先級的軟約束更難以被違反。選擇的井眼之間的流量可以具有其相關的流量，特別地，顯示相似流動性(比如氣油比(GOR)或水油比(WOR))的井眼可具有彼此相關的井流量。此外，可形成這些相關的井眼流量的約束方程。然后，相關井眼之中的流量的增加分配將彼此相關或彼此結合。在本發明的另一個方面中，被模擬的井眼包括多個完井單元和儲層或包括多個儲層單元的儲層。由于在儲層單元與完井單元之間的壓降，儲層模擬器被運行以便確定儲層單元中和完井單元中的壓力并且確定至少兩個組分(即油和水)的完井單元中的流體流。然后，在每個井眼的流體流的范圍內形成流體流組分比的數據點。理想地，基于由初始模擬器運行所確定的并且與儲層和完井單元之間的壓降的增加范圍相關的組分流量，通過按比例換算并求和完井單元中的流體流來形成數據點。本發明的一個目的是提供一種方法，其中形成包括對應于軟約束的至少一個約束違反懲罰的目標函數，所述軟約束允許目標函數被優化，其中，如果需要，軟約束可被違反以便得出優化的可行解。另一個目的是形成將加權的約束違反懲罰合并在一起的目標函約束。再一個目的是在優化中使井眼的生產流量相關使得在已經完成優化之后那些井眼之中的流量具有相關的流量，導致在儲層模擬中的時間步長之間的那些井眼的有限的流量振蕩。此外，另一個目的是形成組分流量方程。所述組分流量方程是基于最初在儲層模擬運行中所確定的流量和井眼內的壓力剖面圖的變化范圍，通過按比例換算單個完井單元中的組分流量而形成。根據下列說明和未決的權利要求書以及附圖，將更好地理解本發明的這些和其它目的、特征和優點，其中圖1是包含地下儲層的示例性碳氫化合物生產油氣田的示意圖，所述地下儲層由井眼流體連接到油氣田地面，節流器用于控制井眼的壓力和流量，使得油氣田的生產可被優化；圖2是根據本發明所進行的油氣田規才莫優化的示例性方法的流程圖3A和3B說明了根據本發明使用"快速流量"方法所形成的組分流量曲線和使用計算集約的牛頓迭代法所形成的組分流量曲線；圖4A和4B是顯示井流量在具有相似流動性的一對井眼之間如何相關的線具體實施例方式完井提供儲層22和24和井眼30、32和34之間的流體連通。井眼34僅與上儲層22連接。節流器或井控制裝置54、56、和60用于控制流體流入和流出相應的井眼30、32和34。如下述更充分的描述，節流器54、56和60也控制各個井眼30、32和34的壓力剖面。盡管未顯示，井眼30、32和34將與地面設備(比如油/氣/水分離器、壓縮機、儲罐、泵、管道等)流體連接。通過井眼30、32和34的流體流的流量可以由這些地面設備的流體處理能力限制。圖2顯示了用于說明根據本發明的油氣田規模優化方法所使用的一般步驟的流程圖。基于包含在本發明的說明書中的教導，儲層模擬領域的技術人員能夠容易地開發用于執行圖2所略述的方法的計算機軟件。儲層模擬器用于模擬包括儲層和井眼的油氣田50中的流體流量(步驟110)。通常，該儲層模型包括數千的或者甚至幾百萬的離散單元以便進行數值模擬。這些離散單元包括儲層單元和井眼單元。井眼節流器和地面設備(未示出)流體連i的;它井眼單元。'—在油氣田模型中指定初始和邊界條件，這些初始和邊界條件包括，以實例的方式但不局限于，在儲層單元和井眼單元中的初始壓力和流量、流體組分、粘性等。接下來，在油氣田模型中進行模擬運行(步驟120)以計算時間步長的儲層和流體流特性。特別地，被確定的儲層和井眼之間的流體流量是儲層和井眼單元中的壓力。生產井眼將接收來自儲層的生產流體(包括油、水和氣)，所述生產流體被輸送到油氣田的地面設備。注入井可用于加壓一個或多個儲層和/或用于水處理。氣也可被注入到井眼中以便提供氣體輔助(gasassisted)流體生產。本領域的技術人員將意識到可用儲層模擬器來模擬許多影響生產的其它操作，而且這些操作包含在本發明的范圍內。組分流體流量可根據油、氣和水的流來確定。可選地，待優化的流的流體組分可以是組成組分，比如輕碳氫化合物(C3-C4)、中等碳氫化合物(C5-C8)和重碳氫化合物(>C9)。通過實例的方式但不局限于，其他可能的組分組合可包括非碳氫化合物(比如H2S和C02)。接下來計算每個井眼的組分流量方程(步驟130)。這些組分流量方程描述了在井眼流量的預期范圍內的一流體組分相對于另一流體組分的估計流。實踐中，井眼上的節流器可以被打開或關閉以便增加或減小相對于井眼的總流體輸出或輸入。因為井眼中的變化的壓力剖面，從井眼生產的油、氣和水的相對比可以隨著節流器的打開或關閉而變化圖3A和3B中顯示了井的組分流量曲線的實例。在圖3A中，繪制了以MSCF/D(百萬立方英尺/天)為單位的氣生產流量相對于以STB/D(儲罐/天)為單位的油生產流量。在圖3B中，繪制了以STB/D為單位的水生產流量相對于以STB/D為單位的油生產流量。氣流量相對油的生產流量在可能的油生產流量的寬范圍內是相對線性的。然而，水生產流量相對油生產流量是非線性的。以較高油生產量所產生的水遠多于以較低油生產流量所產生的水。高生產流量對應于寬開口的節流器位置。在本發明的優選實施例中，使用"快速流量，，法產生單個組分流量數據點，然后其用于快速構造線圖或形成組分流量方程。將在下面描述更詳細的"快速流量，，法。本領域的技術人員將認識到可使用其他方法產生評估一組分相對另一組分的生產在井眼的總產量范圍內可能如何變化。使用者將指定所使用的生產約束(步驟140)連同油氣田模型。通過實例的方式但不局限于，生產約束的實例包括(l)以目標水平生產油；(2)以目標水平生產氣；(3)將氣生產限制在預定界限之下；(4)將水生產限制在預定界限之下；(5)將水注入限制為與從井眼生產的水相關的量；以及(6)將氣注入限制在預定界限之上以提供氣體輔助舉升。此外，這些目標和限制可被相互組合或成比例。生產約束可包括硬或軟約束。硬約束是不允許違反的約束。軟約束是如果需要可違反以便產生優化問題的可行解的約束。可選擇地，如果需要，優選允許軟約束被違反的次序以便獲得可行解，該次序也可被指定。本發明的另一個方面包括可選擇地指定某些井眼的井眼流量是否是相關的(步驟150)。例如，具有相似流體特性(比如氣油比(GOR)或水油比(WOR))的井眼可彼此相關。井眼之間生產流量的關聯將保證這些井眼之間的生產(或注入)流量在時間步長之間不任意振蕩。然后，由生產約束和相關聯的井眼流量形成約束方程(步驟160)。硬約束方程建立用于那些不允許違反的約束。形成相應于軟約束的軟約束方程，其包括約束違反懲罰。甚至當必須違反軟約束以使優化產生可行解時，約束違反懲罰才允許滿足軟約束方程。該組約束方程的產生將在下面詳細描述。在步驟170中創建目標函數，該目標函數尋求比如來自油氣田50的油生產的優化目標。理想地，目標函數包括井眼的組分流量以及與軟約束方程關聯的約束違反懲罰。加權比例因子可與目標函數中的軟約束懲罰相關聯。適當地加權這些加權比例因子，則以相關的軟約束可被違反的次序來優先化該次序。然后通過優化子程序(優化程序器)來優化目標函數(步驟180))以產生井眼之中的流體流量的優化分配。優化程序器使用在步驟130中計算的組分流量方程和在步驟160中建立的約束方程來優化目標函數。然后，優化的流體流量以及由優化程序器(比如約束違反懲罰)確定的其他流體流特性可在井眼和儲層之中分配(步驟190)。然后，這些優化的流量和特性可在儲層模擬中接下來的迭代時間步長中被用作初始/邊界條件(步驟200)。然后重復步驟120-200以提供增加的油氣田規模生產，經過許多時間步長直到已經經過了滿意的時間周期，然后停止模擬。現在將更詳細地描述上述步驟。B.目標函數和約束方程的建立1.約束方程系統線性規劃(LP)系統是一組線性方程和線性約束。混合整數規劃(MIP)系統是一組線性或非線性方程和約束。在本發明中，當需要求解由分段線性函數表示的一組非線性方程或約束以獲得優化的目標時，優選MIP系統增強LP系統。使用LP和MIP技術的開放源碼的軟件程序包被應用在本示例性實施例中以便優化目標函數。特別地，本發明使用名稱為LP-Solve的程序包，該程序包可從網址http:〃Packages.debian.org/stable/math/h)-solve處獲得。也選擇利用名稱為XA的可選擇的商用解算器，其可從加利福尼亞，圣馬力諾的Sunset軟件技術股份公司獲得。本領域的技術人員將意識到，其他商用LP/MIP優化程序器的程序包使用流體流量和約束條件可用于優化目標函數。約束方程、組分流量方程和目標函數被輸入到優化程序器中。然后優化程序器輸出優化問題的可行解，該優化問題包括井眼流量的增加分配。理想地，也輸出了獲得優化的可行解所必需的任何軟約束的違反值。然后，使用者可對生產約束或地面設備的能力進行適當的改變以反映軟約束的違反值。尋求目標函數的極值。簡單LP系統可具有下列形式C^/=max{;c,x,j，服從約束的形式(1)其中/=指數c=加權比例因子x,被優化的參數a1=乘常數以及；b1=加常數。在本發明的一個實施例中，主變量是井眼流量。也就是說，以該流量從井眼生產的流體(例如油、水和氣)的組分。使用"快速流量"法優選地形成組分流量方程，該"快速流量"法將在下面描述。組分流量方程描述了通過井眼運送的一種組分與另一種流體組分相比的量的多少。多種組分的生產流量相對于彼此可保持線性或者在井眼生產輸出的潛在范圍內可以是非線性的。理想地，本發明通過將系統闡述為MIP問題，通過分段線性函數來處理組分或相比之間的非線性比例換算。生產約束被建成不允許違反的硬約束，和/或當需要獲得解時，被建成允許違反的軟約束。約束可包括目標對象和生產限制。目標函數由使用者提供的信息建立。2，建立目標函數通常，目標函數符合數學表達式其中OBJ=將被優化的目標；i=井眼流體中的流體組分數；w,=用于井眼中的第i個(")流體組分生產的加權比例因子；i=井眼數；qit=由的j個(jlh)井生產的第i個(ilh)組分的流量；k=與生產約束相關聯的約束違反懲罰數；wk=第k個(klh)約束違反懲罰的加權比例因子；以及CVPk=第k個(klh)約束違反懲罰。LP/MIP系統的更具體的示例性目標函數可包括所選擇的一組井眼的油、水和氣總生產流量的加權和。在本發明中，目標函數也可包括約束違反懲罰變量(CVPk)以適應軟約束的使用。示例性的目標函數可以下列數學形式表示200580052511.7<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(3)其中ow-將被優化的目標；^=油生產的加權比例因子；《。,-由第i個(/"')井眼生產的油量；=氣生產的加權比例因子；%=由第1個(產)井眼生產的氣量；氣=水生產的加權比例因子；^,=由第i個O"井生產的水量；^=第k個(^)的加權比例因子；以及=第k個(^)約束違反懲罰。加權比例因子w,或井流量參數可由使用者指定。例如，使用者可指定w。=1.0;=誦0.1;以及氣=-0.2。這些加權比例因子對應于油生產流量的最大化，同時設法最小化氣和水的流量。在這種情況下，目標函數為生產的油的每油罐桶數/天(STB/D)增加1.0(w。,7=1.0)而且為每百萬立方英尺/天(MSCF/D)的氣處罰0.2以及為每STB/D的水處罰0.1。在這種情況下，目標函數的單位是STB/D和MSCF/D單位的組合。理想地，進行目標函數組分的歸一化以提供無量綱的目標函數。如果有用的話，處理目標函數中的單位不匹配的另一種優選方式是使用經濟信息。例如如果油收入是22$/STB/D，氣收入是3S/MSCF/D,以及處理每STB/D水的花費是S3.5，貝'J:w。=22.0;Wg=3.0;以及氣=-3.5。在這種情況下，目標函數的單位是貨幣($))并且是一致的。優選按比例確定加權比例因子使得氣是l.O，因此，先前的井流量參數值被以22.0歸一化，得出w。=1.0;Wg=0.136;以及WW=-0.159。3.生產約束約束可基于物理限制，比如井生產極限、注入流量極限、氣舉升率極限。可選擇地，可確定約束以滿足工程參數選擇(比如一組井的生產/注入目標)。其他約束，通過實例的方式但不局限于，可包括氣油比(GOR)、水油比(WOR)，以及關于井或完井的子集的約束。將LP/MIP系統約束分類成為硬約束和軟約束。例如，硬約束可以施加在一對井上使得組合的最大油生產是5,000STB/D。這些硬約束4皮轉化成下列LP/MIP約束<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>=從第一井生產的油量；以及<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>=從第二井生產的油量。4.軟約束的優先化當而且僅當沒有其它方式兌現軟約束同時獲得系統的可行解時，軟約束是允許違反的約束。理想地，該約束違反是獲得解所必需的最小可能當系統與極限/目標不一致時可發生約束違反。考慮下列情況，即油氣田具有包括關于一組井的油生產目標和水處理極限的約束，如下所述油生產目標=7，500STB/D(5)水生產極限>5，000STB/D在模擬中可能而且最可能存在一個點，在該點處所述組井在不生產多于5,000STB/D的水的情況下，將不能夠生產7,500STB/D的油。當井使用年限長或成熟時，井趨于生產更多的水。在這種情況下，優化程序器將不報告無解而是將允許違反軟約束中的一個。優選地，將舉起旗幟表示已經違反約束。可由使用者以及本發明的本優選實施例確定哪一個約束被選擇優先違反。這些油目標和水極限條件被轉化成下列三個軟約束方程約束畫l:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>(6)約束-2:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>約束-3:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>約束違反懲罰c巧變量附在目標函數上<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>(7)使其服從W>0其中巧是與P約束違反懲罰相關聯的P加權比例因子；以及c巧w其中c巧是與約束方程相關聯的"約束違反懲罰。注意該設置迫使CTT變量為零，由于它們在目標函數中具有負權重，只要能滿足它們，即當油生產等于7，500STB/D而且水生產小于5,000STB/D時，就能使它們等價于硬約束。假定儲層條件使得為了生產7,500STB/D的油，必須生產5,100STB/D的水。在這種情況下，存在兩種選擇項按比例減小生產并且滿足水極限，然而忽視油目標；或者滿足油目標然而生產比水極限更多的水。不管LP/MIP系統選擇按比例減小生產還是滿足水極限，其取決于C巧變量的系數或加權比例因子。假定水的能力極限是絕對的而且油生產允許按比例減小生產以滿足水極限。在這種情況下，假定以及^3=2，這對應于約束-3(水生產極限)比其他兩個約束(油生產目標)具有更高的優先級。注意加權比例因子w,比與油生產相關聯的其他兩個加權比例因子w,和巧更大。當井流量被按比例減小以滿足水生產極限時，假定當水生產正好是5，000STB/D時，油生產下降到7，400STB/D。在這種情況下，CT^將必須為非零以滿足約束l，正好是C^-100。在這種設定中，由于cr尸系數w的特定值，LP/MIP系統將選擇按比例減小流量而不是生產更多的水。目標函數輸入將出現下列兩種情況。如果忽視油生產目標并且允許油生產按比例減小以滿足水極限，則<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>(8)則05h…-lCKFi_1CFF2-2CTF3=..,100(9)如果強制執行油生產目標，而允許違反關于水生產極限的限制，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(10)CVF1=0CKF2=0CFF3=100OBJ=...--1CTF2-2CFF3=...-200(11)由于一切其他情況是相同的，按比例減小流量導致較高的目標函數值(+100)，LP/MIP優化程序器將優選按比例減小流量。相同的方法可用于處理《個軟約束并將它們以想要的違反優先級次序輸入。如果將被違反的軟約束的次序未指定并且保持未優先化，則所有的加權比例因子^相等，而且不給出優先允許被違反的約束的優先級。在這種情況下，Wl=W2=W3=l。可選擇地，可給出第一軟約束為最低的優先級，給出第二軟約束為稍微較高的優先級，給出第三軟約束是最高的優先級。在本發明的示例性實施例中，則給出的加權比例因子w,的值相應于10X10P，其中p是軟約束可被違反的優先級次序。例如，w,=10x10'w2=10xl02w3=10xl03目標函數的通用方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(12)則帶有加權比例因子目標函數變成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(13)優選地，這些系數被歸一化以給出在0和1之間的值。歸一化部分地基于約束違反懲罰的潛在范圍。約束1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(14)或者，由于crp,總是零w,=10xlO"(CVPmax)(15)優化c巧參數連同優化系統(生產/注入流量)中的其他參數。由于c巧的任何正值通過目標函數施加懲罰，系統設法保持c巧值為零。當且僅當不存在其他方式獲得可行解，c巧才獲得正值。注意如果沒有與優化不一致的目標，所有CM變量將為零而且軟約束將等價于硬約束。與軟約束一起使用的lP子將轉化為如下的LP/MIP方程<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>注意(=)算子是目標算子，而且如果左邊的標準不等于右邊的標準，將滿足條件(從而引起動作)。5.關聯井流量LP/MIP系統是嚴密精確的，從而不具有變量、方程和約束的物理優先概念。所以，在一些情況下，盡管LP/MIP結果聽起來精確，但是可能產生完全不實用感覺。當LP/MIP優化程序器決定顯著地節流一組井眼中的僅一個井眼使得所有井眼在性質上具有可忽略的差別時，可能發生這種情況。這可能導致在時間步長之間的單個井的大流量的振蕩。為了防止發生這種情況，本發明提供選擇項具有相近特性的井眼的井流量是相關的。如果確定出井流量應該是相關的，除了現有的約束方程，還建立與某些井眼流量相關的約束方程。例如，如果具有在彼此的預定范圍內的流體特性的井眼，比如氣油比(GOR)和/或水油比(WOR)，則這些井眼的流量可以是相關的。相似于上述的軟約束方程，這些流量相關的方程可具有加權比例因子，該加權比例因子可彼此接近而且包括約束違反懲罰。現在參照圖4A，例如，給出了具有最大GOR的井眼的流量(仏)，相關井的流量(&)被允許處于陰影面積中。這可通過將下列約束加入系統中而實現<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>　１６,其中q1,q2=彼此相關的流量q1,q2=流量的最大可能值RVP:流量違反懲罰a=確定相關的"嚴格性"的值將所有RVP添加到具有負權重的目標函數中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>,(17)其中在本特別實例中選擇w,為-10。給出a為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>這表明當q1=q2時，q2需要在范圍<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>中。函數f是如圖4B所示的簡單線性函數。本發明允許使用者改變閾值t，然而t^.0應該能在大多數情況下起作用，在本設定中，給出t=1.0，GOR2=0.0的井將是不相關的，而且將具有一個獨立流量的比例因子，盡管對于其他極值而言當GOR2=GOR1時，圖4A中的陰影面積將瓦解成如圖4B所示的線，而且將迫使第二井眼與井眼1具有相同的比例因子。另一種使流量相關的方式是通過以相同的因子按比例換算一組井眼中流量。例如，第一注入井組中的所有注入器的注入流量和井眼第一生產組中的所有生產器的生產流量可以是相關的。在這種情況下這種相關不是基于GOR或WOR;相關僅僅意味著當以因子來按比例換算井眼的流量時，相關組中的其它井將按相同因子按比例換算。例如，如果第一生產組中的井眼需要將生產減半(以也許滿足其它約束)，則第一生產組中的所有井眼將生產減半。理想地，本相關的缺省值在LP/MIP系統中具有比指定約束小的權重。這意味著為了滿足約束，可打破流量關系。參數可用于確定約束的相對權重和LP/MIP系統中的流量關系。這些系數越小(越是負值)，這些系數將越影響系統。C.流量曲線和組分流量方程的產生1.快速流量法下列的"快速流量"法優選用于形成流體流的組分流量曲線和方程。流量曲線敘述一種組分的生產與另一種組分的生產如何相對比。例如，當井上的節流器或閥打開時，油、水和氣的生產通常將增加。任何兩種組分之間的增加在總流體生產范圍內可以是線性或非線性。再次參照圖3A和3B，所示的氣和油的生產總體是線性的而水和油的生產總體上是非線性的。流量曲線由一系列數據點產生。使用Newton-Raphson迭代程序連同儲層模型的子部分產生的數據點由"x"標記表示。用"方塊，，標記表示的數據點是使用"快速流量"法產生的。注意兩種方法提供了相似的結果。然而，"快速流量"法的計算效率高得多。快速流量法利用的事實是在固定時間點，單個完井單元的生產通常與壓降成線性比例。壓降是井眼完井單元中的壓力與相鄰的儲層單元之間的壓差。在相應的生產和注入操作期間是該壓差驅使流體進入和流出完井單元。使用每一個井眼剖面的許多不同的壓降產生了一組數據點。然后，理想地構造出最適合這些點的分段線性函數。然后由將被優化程序器使用的該分段線性函數產生組分流量方程。油-水總組分流量曲線為分段線性的，其不是線性函數。圖5A-D顯示了用于井眼的四個不同的總生產量的單個完井單元的流量。還顯示了儲層和這些不同生產流量的井眼單元的壓力剖面。圖5A-D說明的情況是比如當井眼的井頂節流閥被關閉時，發生油生產持續減小。注意隨著油產量減小，水產量減小直到幾乎不產生水。當生產流量減小時，井眼的井眼壓力剖面將增加。假定在給定時間步長儲層的壓力剖面保持恒定。這導致井中壓降隨著井眼壓力剖面向儲層壓力剖面的增加而減小。注意由于壓頭/重力的影響，較深完井的壓力將比較淺深度的完井大。因此，壓降在較深的深度較低，在該深度處密度較大的水在密度較小的油和氣層的下面。本發明利用線性比率來按比例換算單個井眼完井。來自井的組分P(即油、水或氣)的總生產流量是其流動完井的流量之和<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>(19)其中^7=來自井的流的總量；，=井中的完井單元數；以及%=來自第i個(產)井眼的組分流的流量。在每一單個完井處的每一種組分的基準流量是以特別的時間步長和井生產水平從儲層模擬操作中抽取的。假定在時間點的固定點處每一個單個的完井單元的完井流量與壓降成線性比例。從而，如果井中壓降以某一數量c減小，單個完井的流量將按比例相應地減小，而且將給出新的總流量為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>(20)其中C來自井的新的總流量；c-壓降的減小；wc井中的完井單元數；at^第i個(,)完井單元中的初始壓降；以及^,=來自第1個(,'O井眼的相流的量；從而，給出需要將井的油流量從《減小到^時的壓力的偏移量c:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>(21)該壓力偏移指示了井眼壓力剖面中的平行偏移，如圖6所示。已經計算的c，方程20可以用于計算井眼中其他組分流動的井流量。相同的程序也可用于注入流量。如先前關于圖3A和3B所考慮的那樣，重復本程序可產生許多組分流的數據點并且可以形成曲線。2.分段線性函數的構造產生分段線性函數，其最好表示由"快速流量"法產生的用于每個井眼的這些數據點。分段線性函數包括許多線段和斷點，使用最小二乘法擬合由"快速流量，，法所產生的數據組以理想地選擇斷點的數量和位置。在該示例性實施例中，Levenberg-Marquardt最小二乘法擬合法優選用于定位斷點。本領域的技術人員將意識到其他曲線或方程生成技術可用于表示產生的由優化程序器使用的數據點。現在參照圖7A和7B，對于給定線段/t，給出線段端點的坐標為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>最小二乘法(比如Levenberg-Marquardt)需要該函數的孩i商;v，根據參數確定出a.這些微商是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>在優選實施例中，理想地確定了適當數量的斷點以及它們的最佳位置。如圖8所示的算法用于選擇斷點數。第一步驟由線性函數(例如單個線段，兩個端點)開始，因此"2。計算該線性函數x為^。然后將斷點添加到線性函數中，使其成為具有兩段和三個端點(,'=,'+1，即，"3)的分段線性函數。斷點坐標被優化為最小的;^。如果由多于一個的f因子來改善的擬合遠離初始擬合，則添加新斷點，重復該過程直到改善不明顯。只有當由系數f改善該擬合時，本算法保持添加更多斷點。依靠具有更大數量的線段，通過減小f值可以進行更好的擬合。本方法通常實用性很強。可進行檢查以確保斷點總是處于可行的區域中(第一象限)。這可通過懲罰落入不可行區域的解來確保，如圖9所示。3.將分段線性函數合并成線性規劃將分段線性曲線合并成LP設置需要引入二元的其他連續參數和一些約束。下列是需要添加的一組方程和變量斷點<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>用來替換流量項添加約束<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>此處g是從屬流量，仏是控制流量。現在將證明為何這種設置導致具有兩段的簡單分段線性函數的正確行為。假定函數如圖IO中所示。將確定在1=15處的函數值。與本問題相應的公式將為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>二元的y表示x所屬于的線段。在這種情況下。少，應該是1而且^應該是0。首先檢查看h是否曾經為1。如果h曾為l，則少,必須為o，這意味著^為0而且22和23是非零。然而，如果22和23是非零，可能永遠不會滿足第二方程的Pl5,則^不能為1。從而如果少,是l，則求解z得出z,=0.25z2=0.75所述方程的組合和方程24中的變量的合并迫使LP/MIP優化程序器實現組分流量曲線。雖然已經描述了本發明的前述說明以及其相關的某些優選實施例，而且為了解釋提供了許多詳細資料，然而本發明容許改變而且在此所描述的某些其他詳細資料可以適當改變而不會偏離本發明的基本原理，這對于本領域的技術人員來說顯而易見的。權利要求1.一種用于增加多個井眼之中的流體流量分配的方法，所述多個井眼與至少一個地下儲層流體連通，所述方法包括(a)模擬在至少一個地下儲層中和在與所述至少一個地下儲層流體連通的多個井眼中包含多組分的流體的流量；(b)選擇包括至少一個軟約束的生產約束，其中所述至少一個軟約束是可違反的；(c)產生系統方程和約束方程，所述系統方程包括相應于井眼中被模擬的流體流的組分流量方程，所述約束方程包括與所述至少一個軟約束相關聯的至少一個軟約束方程，所述至少一個軟約束方程包括允許所述至少一個軟約束方程滿足軟約束的約束違反懲罰(CVP)；(d)產生相應于井眼中的流體流并且相應于約束違反懲罰的目標函數；(e)利用優化程序器和所述系統方程來優化目標函數以確定在多個井眼之中的流體流量的增加分配，其中，如果需要，可違反所述至少一個軟約束以獲得優化的可行解；以及(f)如在步驟(e)中所確定的在多個井眼之中分配流體流量。2.如權利要求l所述的方法，其中，所述生產約束包括可違反的多個軟約束；所述系統方程包括相應于所述多個軟約束的多個軟約束方程，每一個所述軟約束方程包括允許軟約束方程滿足各自軟約束的相應約束違反懲罰(CVP);以及所述目標函數相應于井眼中的流體流并且相應于約束違反懲罰；其中，如果需要，可違反所述軟約束以荻得優化的可行解。3.如權利要求2所述的方法，其中根據將被違反的軟約束的難度來優先化所述軟約束。4.如權利要求3所述的方法，其中在目標函數中，加權比例因子與相應軟約束方程的約束違反懲罰相關聯，而且根據與各自的軟約束方程相關聯的軟約束的優先化而被加權，以便使較高優先級的軟約束更難違反。5.如權利要求l所述的方法，其中所述目標函數符合數學表達式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中(9&/=將被優化的目標；^流體中的流體組分數；w,二井眼中的第i個流體生產的加權比例因子；7=井眼數；&=由第j個井生產的第i個組分的流量；*=與軟約束相關聯的約束違反懲罰數；wt第k個約束違反懲罰的加權比例因子；以及c巧-第k個約束違反懲罰。6.如權利要求2所述的方法，其中所述目標函數符合數學表達式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中OW-將被優化的目標；!=流體中的流體組分數；w,-井眼中的第i個流體組分生產的加權比例因子；7=井眼數；&=由第j個井生產的第i個組分的流量；*=與生產約束相關聯的約束違反懲罰數；^=第k個約束違反懲罰的加權比例因子；以及c巧-第k個約束違反懲罰。7.如權利要求6所述的方法，其中根據將被違反的軟約束的難度來優先化所述軟約束；以及與各自軟約束方程的約束違反懲罰c^相關聯的所述加權比例因子w根據所述軟約束的優先化而被加權，以便使較高優先級的軟約束更難違反。8.如權利要求1所述的方法還包括比較至少兩個井眼中的流體流的特性，如果所述特性在彼此的預定范圍內，則通過在系統方程中產生流量相關的方程而將至少兩個井眼的流體流量關聯在一起，使得所述至少兩個井眼將具有相關的分配流量。9.如權利要求l所述的方法，其中所述井眼包括多個完井單元，而且所述至少一個地下儲層包括與所述完井單元流體連通的多個儲層單元；模擬流體流量的步驟包括確定儲層單元中和完井單元中的壓力，而且包括由于在儲層單元和完井單元之間的壓降，而確定完井單元中的相應組分的流體流量；以及所述組分流量方程由組分流量的數據點產生，基于在流體流模擬中所確定的組分流體流量和相對于在儲層和完井單元之間的改變的壓降，所述數據點通過按比率換算和求和在每個井眼的完井單元中的組分5充體;充而建立。10.如權利要求9所述的方法，其中組分流量數據點利用下列數學表達式產生<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中C-來自井的新的總流量；"，=特定井眼中的完井單元數；a^-產完井單元的初始壓降；c-來自完井單元的初始模擬的壓降的壓降變化；以及^'=來自第i個完井單元的組分流的初始模擬流量；11.一種用于增加多個井眼之中的流體流量分配的方法，所述多個井眼與至少一個地下儲層流體連通，所述方法包括(a)模擬在多個井眼中和在至少一個地下儲層中的包含多組分的流體的流量，所述井眼包括多個完井單元，所述至少一個地下儲層包括與所述完井單元流體連通的多個儲層單元；確定儲層單元中和完井單元中的壓力；以及由于在儲層單元和完井單元之間的壓降，確定完井單元中的相應組分的流量；(b)基于在步驟(a)中所確定的組分流體流量，通過對所述完井單元中的組分流體流按比率換算和求和，在流體流量的范圍內產生井眼的組分流量的數據點，以及改變儲層和完井單元之間的壓降；(c)基于各個井眼的數據點，產生所述井眼的組分流量方程；(d)產生相應于生產約束的約束方程；(e)產生相應于井眼中的流體流的目標函數；(f)利用優化程序器和所述約束以及組分流量方程來優化目標函數，以確定在多個井眼之中的流體流量的增加分配；以及(g)根據在步驟(f)中的確定而在多個井眼之中分配流體流量。12.如權利要求11所述的方法還包括由每個井眼的數據點產生分段線性函數；以及由所述分段線性函數產生組分流量方程。13.如權利要求12所述的方法，其中所述組分流量方程包括二元變量以便描述分段線性函數；以及優化步驟包括使用混合整數規劃。14.如權利要求11所述的方法，其中在至少兩個井眼之間的所述流量是彼此相關的。15.如權利要求11所述的方法，其中所述優化程序器在優化目標函數中利用線性規劃和混合整數規劃中的至少一種。16.如權利要求15所述的方法，其中所述優化程序器在優化目標函數中利用混合整數規劃。17.如權利要求11所述的方法，其中組分流量數據點利用下列數學表達式來構造:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中《；=來自井眼的新的總流量；""，=特定井中的完井單元數；以及^=第i個完井單元的初始壓降；c-來自完井單元的初始模擬的壓降的壓降變化；以及%=來自第i個完井單元的組分流的初始模擬流量；18.—種用于增加多個井眼之中的流體流量分配的方法，所述多個井眼與至少一個地下儲層流體連通，所述方法包括(a)模擬在至少一個地下儲層中和在多個井眼中包含多組分的流體的流量，所述多個井眼與所述至少一個地下儲層流體連通；(b)在至少兩個井眼之間產生流量相關方程；(c)產生相應于井眼中的流體流的目標函數；(d)利用流量相關方程來優化目標函數，以確定所述多個井眼之中的流體流量的增加分配，其中所述至少兩個井眼具有相關流量；以及(e)根據在步驟(d)中的確定而在多個井眼之中分配流體流量。19.如權利要求18所述的方法，其中對比所迷至少兩個井眼之間的流體流特性；以及如果被對比的流體流特性在彼此的預定范圍內，則啟動流量相關方程的建立。全文摘要本發明公開了一種用于增加多個井眼之中的流體流量分配的方法，所述多個井眼與至少一個地下儲層(24)流體連通。利用與軟約束相關聯的約束違反懲罰產生目標函數和系統方程。軟約束是如果需要可違反以獲得優化目標函數和系統方程的可行解的約束。然后根據目標函數和系統方程的優化所確定的來分配井眼(30)之中的流體流量。特別是那些表現相似的流動性的井眼(30)之中的流體流量可彼此相關。井眼(30)中組分(油、氣、和水)的初始流量和壓力可由初始模擬操作來確定。文檔編號G06G7/48GK101361080SQ200580052511公開日2009年2月4日申請日期2005年11月21日優先權日2005年11月21日發明者B·蓋亞古勒,J·T·拜爾申請人:切夫里昂美國公司