專利名稱：使用物質(zhì)平衡分組對儲層系統(tǒng)的建模和管理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0002本發(fā)明描述了一種使用物質(zhì)平衡分組(MBG)對儲層(reservior)系統(tǒng)建模和管理的方法。特別地，本發(fā)明描述了在使用MBG的儲層模擬器中對儲層系統(tǒng)建模，以將井管理算法應(yīng)用于儲層系統(tǒng)模型，從而有效地管理儲層系統(tǒng)的運(yùn)行。

背景技術(shù)：
0003此部分意在介紹本領(lǐng)域的各個方面，這些方面可能與本技術(shù)的各個示例性實(shí)施例相關(guān)。相信這里的討論可以提供有助于更好地理解本技術(shù)的特定方面的信息。因此，應(yīng)當(dāng)理解，對該部分的閱讀應(yīng)當(dāng)從這個角度進(jìn)行，而不必將其視為現(xiàn)有技術(shù)的準(zhǔn)入條件。
0004碳?xì)浠衔镏T如油和燃?xì)獾拈_采已經(jīng)進(jìn)行了許多年。為了開采這些碳?xì)浠衔?，通常在野外的地下位置鉆一個或更多個井，該地下位置通常被稱為地下儲層、巖層(formation)或盆地。形成井眼是為了通過鉆井操作提供流體從儲層到地表的流動路徑。可以在各種井管理策略中將這些井作為注入器和/或產(chǎn)出器(producer)來進(jìn)行操作，從而從儲層產(chǎn)出碳?xì)浠衔?。因此，儲層系統(tǒng)可以包括儲層和設(shè)備(facility)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)包括與儲層有關(guān)的井和地表(surface)設(shè)備(例如，管道、分離器、泵等)。
0005為了模擬儲層系統(tǒng)的運(yùn)行，使用儲層模擬器對儲層和設(shè)備網(wǎng)絡(luò)數(shù)字模型的多孔介質(zhì)中的流體的產(chǎn)出、注入以及地下流動進(jìn)行數(shù)字建模。經(jīng)常通過由有限差分法、有限元法或其它數(shù)值方法求解的偏微分方程的離散化來對流體流動建模。離散化導(dǎo)致儲層被分成表示儲層和/或設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的一些部分的很多單元(或節(jié)點(diǎn))。儲層節(jié)點(diǎn)是儲層依照以下屬性的子分區(qū)壓力(P)、巖石體積(Vrock)、氣孔體積(Vpore)、溫度(T)和成分的摩爾數(shù)(Zj)，假設(shè)以上屬性在整個節(jié)點(diǎn)內(nèi)是始終不變的。
0006作為儲層模擬的一部分，儲層和設(shè)備網(wǎng)絡(luò)數(shù)字模型的邊界條件被設(shè)置以管理儲層系統(tǒng)模型的速率和/或壓力?？赡茈S著模擬的進(jìn)行而發(fā)生變化的這些邊界條件基于儲層的不同類型、井的不同類型、井網(wǎng)(wellpattern)、流體屬性、巖石屬性和經(jīng)濟(jì)效果發(fā)生變化。邊界條件的確定通常被稱為井管理或井管理策略，其通常由儲層工程師限定，以管理從實(shí)際或模擬的碳?xì)浠衔飪酉到y(tǒng)開采碳?xì)浠衔铩?br> 0007可以利用多個井管理策略來提高碳?xì)浠衔锂a(chǎn)出的回收率和/或經(jīng)濟(jì)效果。例如，井管理策略可以利用一次采油(primary depletion)，一次采油利用儲層的內(nèi)在能量產(chǎn)出流體，或注入流體(例如，通常是水或氣體)以代替碳?xì)浠衔飦懋a(chǎn)出流體。同樣，井管理策略可能是保持儲層內(nèi)的壓力。這種策略在氣體冷凝物或退化儲層中可能有用，其中液態(tài)碳?xì)浠衔镫S著壓力的下降脫離氣相。液態(tài)部分通常是更有價值的，其移動通過多孔介質(zhì)的難度更大；因此，將壓力維持在露點(diǎn)以上有利于經(jīng)濟(jì)效益。另一種井管理策略可能涉及鉆多個新井(例如，產(chǎn)出器、水注入器和/或氣體注入器)來維持壓力或者管理儲層內(nèi)的流體流動。而且，井管理策略可以利用增強(qiáng)的石油回收過程，該過程涉及蒸氣注入、聚合物注入、CO2注入等。
0008由于儲層的大小和井間距離的大小，邊界條件或井的操作的任何變化存在時間延遲。因此，井管理試圖預(yù)測井的操作的變化(例如，在給定時間修改邊界條件)在將來開采中對儲層和其它井的影響。結(jié)果，儲層工程師作為井管理策略的一部分必須確定在哪里添加產(chǎn)出井(例如，產(chǎn)出器)、在特定時間產(chǎn)出井的速率是多少、在哪里添加注入井(例如，注入器)以及在特定時間注入井的速率是多少。這些內(nèi)容的確定進(jìn)一步受到設(shè)置適當(dāng)邊界條件時應(yīng)當(dāng)考慮的眾多約束條件的限制。常見的約束條件是最小/最大(min/max)石油產(chǎn)出速率、min/max氣體產(chǎn)出/注入速率、最大水產(chǎn)出/注入速率、處理能力、泵送能力、氣-油比例(GOR)、含水率(water cut)(例如，以地表體積單位為單位的水速率/(油速率+水速率))、各種成分的濃度以及經(jīng)濟(jì)約束條件。這些約束條件以及其它條件可能以不同水平存在于設(shè)備網(wǎng)絡(luò)中，諸如在各個井、平臺、場地、工程等上。而且，邊界條件必須注重物質(zhì)平衡約束條件。例如，如果要以特定速率將水注入到儲層中，則必須提供與水注入速率一致的足夠的水供應(yīng)。
0009通常在儲層模擬中對流體的三種相(phase)進(jìn)行建模。例如，對于碳?xì)浠衔?，兩種碳?xì)浠衔锵喟ㄌ細(xì)浠衔镆合?例如，主要由傾向于為液態(tài)的較重的碳?xì)浠衔锍煞謽?gòu)成)和碳?xì)浠衔餁庀?例如，主要由傾向于為氣態(tài)的較輕的碳?xì)浠衔锍煞謽?gòu)成)。第三相是水相(例如，主要由水構(gòu)成)。碳?xì)浠衔锵嘤啥喾N不同類型的分子(例如，成分)構(gòu)成。處于氣相的氣體傾向于具有較輕的分子重量，并且隨著壓力的增加是高度可壓縮的，從而導(dǎo)致體積大大降低。而且，由于氣相具有較低的密度和粘度，因此相對于液相和水相，它更快速地流過巖石中的孔隙空間。液相是不易壓縮的，但是通常包含溶解的氣態(tài)成分。隨著壓力增加，液相通常吸收更多的溶解氣體，該氣體隨著分子從氣相到油相的轉(zhuǎn)換造成的壓力的增加而使液相的體積增大。雖然對很多碳?xì)浠衔飪酉到y(tǒng)來說，該相行為可能是有效的，但是一些碳?xì)浠衔锘旌衔锟赡芤圆煌姆绞阶鞒鲰憫?yīng)。例如，對于氣體冷凝物，隨著壓力下降，液態(tài)成分可能從氣相冷凝。與液相和氣相相比，水相相對來說是不可壓縮的。然而，水相體積也是壓力、溫度和成分的函數(shù)。在儲層模擬器中，通常利用處于三種相(例如，液相、氣相和水相)的三種成分(例如，油、氣體和水)對氣-液-水平衡進(jìn)行建模，這被稱為黑油模型。另一種方案是使用狀態(tài)方程，該方案被稱為成分模型，可以為多種成分建模。無論如何，在儲層模擬中，相的體積和流體流動是壓力(P)、溫度(T)和組成(Z)的函數(shù)。
0010而且，如上所述，儲層系統(tǒng)或碳?xì)浠衔锏哪Ｐ涂呻x散化為空間上的多個節(jié)點(diǎn)，以及被稱為時步(time step)的時間增量。在儲層系統(tǒng)模型中，井被連接到儲層節(jié)點(diǎn)，任一儲層節(jié)點(diǎn)的孔隙體積可使用多個相填充，并且流體從高地勢向低地勢流動。因此，儲層節(jié)點(diǎn)和連接的井之間的流動受到地勢差的驅(qū)動(例如，相壓力與靜壓頭之間的差)。為了將流體注入儲層系統(tǒng)模型，井處的注入器壓力必須大于儲層節(jié)點(diǎn)處的儲層壓力。儲層工程師可以指定邊界條件(例如，其中一個相的壓力或速率)，并且模擬器基于這些邊界條件運(yùn)行。同樣，為了產(chǎn)出流體，井處的產(chǎn)出器壓力必須小于儲層節(jié)點(diǎn)處的儲層壓力。儲層工程師可以指定邊界條件(例如，井節(jié)點(diǎn)的壓力或其中一個相的速率)，而模擬器可以基于這些邊界條件運(yùn)行，但是與指定相一起流動的非指定相的速率將是未知的，直至?xí)r步的計(jì)算完成。
0011在每個時步，每個節(jié)點(diǎn)可以具有不同的條件組合(P，T，Z)。儲層模擬器中的不同的條件組合一般以體積單位表示，諸如在共同的參考條件組合下(例如，標(biāo)準(zhǔn)條件60℉，14.67磅/平方英寸的環(huán)境壓力(psia))油的桶數(shù)或氣體立方英尺數(shù)。在共同的參考條件下，物質(zhì)平衡方程可以以體積單位為單位來求解。因此，雖然一般在標(biāo)準(zhǔn)條件下以地表體積單位為單位測量和報(bào)告產(chǎn)出速率和注入速率，但是可以應(yīng)用物質(zhì)平衡方程以保持質(zhì)量守恒。應(yīng)當(dāng)注意到，在每個時步，油相速率被指定為時步開始時產(chǎn)出器上的邊界條件。基于時步開始時估計(jì)的水和氣體的產(chǎn)出速率設(shè)置水和氣體的注入速率。由于這些只是估計(jì)的，所以時步結(jié)束時的產(chǎn)出速率和指定注入速率之間的差異導(dǎo)致物質(zhì)平衡中的誤差。
0012存在各種方式來確定注入器的速率。例如，虧空充填或注采(voidage replacement)是注入儲層體積與產(chǎn)出流體的儲層體積相等的注入流體的井管理策略。應(yīng)當(dāng)注意到虧空(voidage)是儲層條件下(例如，儲層壓力(Pres)、儲層溫度(Tres)、儲層組成(Zres，i))所有產(chǎn)出的流體的體積，并且注采平衡儲層體積，而不是儲層物質(zhì)。注采一般通過注采比(VRR)進(jìn)行監(jiān)測，注采比被定義為注入流體的體積(Vres，inj)與產(chǎn)出流體的體積(Vres，prod)之比。小于1.0的VRR表示儲層產(chǎn)出體積大于儲層注入體積，這通常導(dǎo)致儲層內(nèi)壓力的降低。與此類似，大于1.0的VRR表示儲層注入體積大于儲層產(chǎn)出體積，這通常導(dǎo)致儲層壓力的增加。典型地，儲層工程師試圖將儲層內(nèi)的壓力維持在特定壓力。這被稱為壓力維持。這種策略通常通過使用接近1的目標(biāo)VRR來實(shí)現(xiàn)。
0013典型的井管理方案關(guān)注于對當(dāng)前的井行為作出響應(yīng)而不是對儲層系統(tǒng)中條件的變化作出響應(yīng)。例如，儲層模擬器一般使用每個井處的儲層條件為產(chǎn)出器和注入器計(jì)算儲層體積。這種方案在儲層體積計(jì)算中引入了某一誤差，該誤差也會影響VRR計(jì)算和壓力維持計(jì)算。因此，井管理的常見方法在注采的注入器分配或壓力維持方面存在問題，因?yàn)樗鼈兪褂米⑷肫骱彤a(chǎn)出器處不同的壓力來計(jì)算儲層體積，使用不可靠且潛在的不穩(wěn)定方法來設(shè)置注入器速率，并且忽視了由于模擬器中時間的離散化而引發(fā)的物質(zhì)平衡誤差。
0014關(guān)于為注采或壓力維持分配注入器的問題，當(dāng)注入氣相時，該問題更加復(fù)雜，這是因?yàn)楫a(chǎn)出的碳?xì)浠衔锉茸⑷氲恼羝驓怏w更重。也就是說，當(dāng)注入蒸汽從注入器移出時，注入蒸汽的體積由于儲層中的壓力變化以及儲層中的溫度和組成的改變而發(fā)生變化。Ludolph等人解決了這種類型的問題，其將準(zhǔn)確計(jì)算VRR的方法描述為氣體注入儲層模擬中的一個后處理步驟。例如，請參見Clark，Robert A.Jr.and Ludolph，Brian，“Voidage Replacement Ratio Calculations in Retrograde Condensate toVolatile Oil Reservoirs Undergoing EOR Processes，”SPE 84359，SPE AnnualTechnical Conference and Exhibition，Denver，Colorado，5-8 Oct.2003。該方法將儲層分成大的壓力室，并為每個壓力室提供目標(biāo)壓力(Ptarg)。之后，儲層模擬運(yùn)行以完成并周期性地寫入每個儲層單元中的整體組成和平均壓力。這種方法數(shù)值模擬了將水銀注入到單個單元PVT以計(jì)算相對的注入氣-油比率。利用存儲的結(jié)果之間的壓力變化，該時間段內(nèi)的氣體的過量注入(over-injection)或不足注入(under-injection)被計(jì)算并用于計(jì)算該時間段的VRR。但是，該方法看起來并未解決如何設(shè)置注入速率以維持壓力或維持目標(biāo)VRR的問題。
0015為了解決設(shè)置注入器速率的問題，如Wallace等人提出的，可以在儲層模擬的時步期間調(diào)節(jié)儲層模擬內(nèi)的目標(biāo)VRR，請參考Wallace，D.J.and Van Spronsen，E.＂A Reservoir Simulation Model with Platformproduction/Injection constraints for development planning of volatile oilreservoirs.＂SPE 12261，Reservoir Simulation Symposium，San Francisco，CA，Nov 15-18，1983。在該參考文件中，實(shí)現(xiàn)了一種井管理策略，其中氣相上使用的物質(zhì)平衡是為了注入所有產(chǎn)生的氣體減去銷售和燃料需要的數(shù)量。水注入用于實(shí)現(xiàn)期望的VRR或維持目標(biāo)壓力。對于目標(biāo)VRR，利用儲層體積(虧空)平衡來計(jì)算水速率。對于目標(biāo)壓力，給定時步的水速率利用等式(EqA)計(jì)算 其中C是總的系統(tǒng)可壓縮性，

是以儲層體積單位為單位的來自前一時步的水注入速率，Dp是平均區(qū)域壓力與目標(biāo)壓力的差(Pres，avg-Pres，targ)，而Dt是當(dāng)前時步大小。這樣，壓力維持和注采是通過在考慮產(chǎn)出和氣體注入之后注入水完成的。
0016但是，該方法中的目標(biāo)壓力的這種匹配是不完善的，因?yàn)樗坪跷纯紤]跨越儲層的壓力變化、流體行為的影響或時間步長誤差。例如，該方法中的速率是時步大小的函數(shù)。隨著時步大小(Dt)變小，校正項(xiàng)(C×Dp/Dt)可能成為等式(EqA)中的主要因子。隨著時步大小的降低而在大小上增大的速率變化可能導(dǎo)致模擬中的數(shù)值不穩(wěn)定。同時，速率的快速變化可能導(dǎo)致過沖(overshoot)目標(biāo)壓力。如果過沖的大小增長，這可能再次導(dǎo)致模擬中的不穩(wěn)定性。而且，當(dāng)時步尺寸增大時，校正項(xiàng)對速率的影響較小，并且返回到目標(biāo)壓力比較小的時步的返回更慢。盡管存在這樣的缺點(diǎn)，但是參考文件描述了通過將相對不可壓縮的注入流體(例如，水)用作“擺動”相來控制極其簡單的示例(例如，600個節(jié)點(diǎn)的盒子模型)的壓力。因此，通過利用了動態(tài)時步大小的更現(xiàn)實(shí)的模型，該算法可能失效，因?yàn)樾Ｕ?xiàng)導(dǎo)致模型不穩(wěn)定。
0017前述方法的另一個問題是它們似乎不注重隨時間注入流體的物質(zhì)平衡。在時步開始時，通常為油相設(shè)置產(chǎn)出速率?；趦訒r步的開始條件計(jì)算與油一起產(chǎn)出的氣體和水的數(shù)量。在時步期間，儲層條件會發(fā)生變化，并且時步結(jié)束時實(shí)際的氣體和水速率通常與時步開始時估計(jì)的那些速率不同。對于儲層中的一些井，產(chǎn)出流(production stream)中氣體和水的部分隨著時間增長，因此在時步開始時為注入分配的數(shù)量小于實(shí)際產(chǎn)出的數(shù)量。在很多時步之后，這種差異會積累成一個較大的數(shù)字。這會導(dǎo)致模擬中被注入的氣體和/或水的數(shù)量估計(jì)不足。結(jié)果，這種不足注入可能導(dǎo)致估計(jì)不足的產(chǎn)出速率。
0018其它井管理算法限定了成組的井，但是是不完善的，因?yàn)樗鼈儧]有將儲層行為與井管理策略直接結(jié)合。例如，Humanthkumar等人公開了一種為并行儲層模擬提供井管理的方法。參看公開號為US2006/0085174的美國專利公開。盡管該方案確實(shí)公開了成組的井，其可能包括多層的子組(sub-grouping)井，但是這些分組并未將儲層行為與井管理策略相結(jié)合。
0019因此，有必要將儲層系統(tǒng)中的一個或多個井以及一個或多個地質(zhì)體(geobody)建模為儲層模擬中的分組。特別是，一個或多個井和地質(zhì)體的分組中的儲層系統(tǒng)的建?？墒褂妙愃频乃惴ㄒ杂行У毓芾韮酉到y(tǒng)。
0020其他相關(guān)材料至少可以在以下文獻(xiàn)中找到H.M.Brown et al.＂Predictive Well Management in Reservoir Simulation-A Case Study，＂SPE7698，pp.245-252，SPE of AIME Reservoir Simulation Symposium，Jan.31-Feb.2，1979；D.J.Fender et al.＂A Multi-Level Well Management Programfor Modelling Offshore Fields，＂SPE 12964，pp.75-82，SPE of AIME EuropePetrol Conference，London，England，Oct 22-24，1984；W.E.Culham et al.＂AComprehensive Well Management Program for Black Oil ReservoirSimulation，＂SPE 12260，pp.267-284，SPE AIME Reservoir SimulationSymposium，San Francisco，CA，Nov.16-18，1984；Segorg，Dale E.et al.，＂Process Dynamics and Control，＂Wiley，New York，p.195(1989)；Ghoraye，K.et al.＂A General Purpose Controller for Coupling Multiple ReservoirSimulations and Surface Facility Networks，＂SPE 79702，SPE ReservoirSimulation Symposium，Houston，TX，F(xiàn)eb 3-5，2003和M.Litvak et al.＂GasLift Optimization for Long-Term Reservoir Simulations，＂SPE 90506，AnnualSPE Tech Conference，Houston，Tx，Sept.26-29，2004。也可以在以下專利文獻(xiàn)中找到其他相關(guān)材料公開號為2005/0267719的美國專利公開；公開號為2005/0015231的美國專利公開；公開號為2004/00153299的美國專利公開；公開號為2004/0153298的美國專利公開；專利號為7,054,752的美國專利；專利號為6,980,940的美國專利以及專利號為6,236,894的美國專利。


發(fā)明內(nèi)容
0021在一個實(shí)施例中，描述了一種對儲層系統(tǒng)建模的方法。該方法包括構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和多個井；構(gòu)建至少一個物質(zhì)平衡分組，其中所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的一部分以及至少一種井管理算法，以追蹤所述至少一個物質(zhì)平衡分組內(nèi)的物質(zhì)平衡；基于所述至少一個物質(zhì)平衡分組利用模擬器模擬流過儲層模型的流體流動；以及報(bào)告模擬的結(jié)果。
0022在另一實(shí)施例中，描述了第二種對儲層系統(tǒng)建模的方法。該方法包括構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和至少一個注入器井以及至少一個產(chǎn)出器井；為所述至少一個產(chǎn)出器井計(jì)算產(chǎn)出速率；為所述至少一個注入器井計(jì)算最大注入速率；向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件；向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到目標(biāo)注采比；基于所分配的注入速率模擬流過儲層模型的流體流動；以及報(bào)告模擬的結(jié)果。
0023在又一實(shí)施例中，描述了第三種對儲層系統(tǒng)建模的方法。該方法包括構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和至少一個注入器井以及至少一個產(chǎn)出器井；將所述儲層的一部分與物質(zhì)平衡分組關(guān)聯(lián)；將一個或多個井的一部分與所述物質(zhì)平衡分組關(guān)聯(lián)；為所述物質(zhì)平衡分組指定至少一個井管理算法；在所述儲層模型的模擬中使用所述物質(zhì)平衡分組；以及報(bào)告模擬的結(jié)果。
0024在另一實(shí)施例中，描述了對儲層系統(tǒng)建模的第四種方法。該方法包括構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和多個井；構(gòu)建至少一個物質(zhì)平衡分組，其中所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的一部分以及至少一種井管理算法；基于所述至少一個物質(zhì)平衡分組利用模擬器模擬流過儲層模型的流體流動；通過所述至少一個物質(zhì)平衡分組追蹤模擬中的物質(zhì)平衡；以及報(bào)告模擬的結(jié)果。
0025在另一實(shí)施例中，描述了一種產(chǎn)出碳?xì)浠衔锏姆椒?。該方法包括獲得模擬結(jié)果，其中所述模擬結(jié)果基于儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層、多個井和至少一個物質(zhì)平衡分組，其中所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的一部分和至少一種井管理算法，以在所述至少一個物質(zhì)平衡分組內(nèi)提供物質(zhì)平衡追蹤；基于所述結(jié)果操作所述儲層系統(tǒng)；以及從所述儲層系統(tǒng)產(chǎn)出碳?xì)浠衔铩?br> 0026在其它實(shí)施例中，可以包括本技術(shù)的各個方面。例如，至少一種物質(zhì)平衡分組可以將儲層行為與由至少一種井管理算法表示的井管理策略相結(jié)合，并且報(bào)告結(jié)果可以包括以基于至少一個物質(zhì)平衡分組的邏輯結(jié)構(gòu)提供結(jié)果。而且，模擬流過儲層模型的流體流動可以包括在多個時步內(nèi)至少部分地基于至少一個物質(zhì)平衡分組為儲層模型確定邊界條件；以及在多個時步內(nèi)基于邊界條件求解表示流體流過儲層模型的流體流動方程。至少一種井管理算法可以是虧空充填算法或注采算法(voidagereplacement algorithm)，其為至少一個物質(zhì)平衡分組指定公共參考壓力。另外，至少一種井管理算法為至少一個物質(zhì)平衡分組限定了至少一個約束條件，其中所述至少一個約束條件包括注入器的最大注入速率、至少一個物質(zhì)平衡分組的最大注入速率、最大增量壓力、最大井壓力、多個井中的一個井或物質(zhì)平衡分組的最小注入速率、最小注采比、最大注采比以及其任意組合中的一個。
0027確定邊界條件可以包括各種不同的實(shí)施例。例如，確定邊界條件可以包括計(jì)算在多個時步中的一個時步開始時指定的注入速率和在多個時步的所述一個時步結(jié)束時計(jì)算的產(chǎn)出速率之間的累積差異；以及將一部分累積差加到在多個時步中的另一時步開始時指定的注入速率，該另一時步緊隨多個時步中的所述一個時步。可替代地，確定邊界條件可以包括計(jì)算累積注采比，該比率是儲層條件下注入流體的累積體積除以儲層條件下產(chǎn)出流體的累積體積；基于以下等式在多個時步的一個時步內(nèi)計(jì)算以儲層體積單位為單位的體積注入速率(Volinj，res) Volinj，res＝(VRRtarget*Volprod，res，cum-Volinj，res，cum)/relaxation_time+VRRtarget* Volprod，res，estimated for timestep 其中，VRRtarget是所述目標(biāo)注采比，relaxation_time是用戶指定參數(shù)與所述多個時步的所述一個時步的大小中較大的一個，Volinj，res，cum是儲層條件下注入流體的累積體積，Volprod，res，estimated for timestep是所述多個時步的所述一個時步中可注入流體的估計(jì)產(chǎn)出速率。另外，確定邊界條件可以包括求解壓力維持算法以維持目標(biāo)平均壓力，該目標(biāo)平均壓力導(dǎo)致與產(chǎn)出或注入的變化相關(guān)聯(lián)的時間延遲。另外，確定邊界條件可以包括通過使用比例積分微分控制器計(jì)算目標(biāo)注采比。在多個時步的一個時步內(nèi)計(jì)算目標(biāo)注采比可以利用以下等式動態(tài)計(jì)算 VRRtarget＝1.0+Kc*(Ep+1.0/τ1*∫Epdt+τd/Δt*(Ep-Ep，old)) 其中，Kc、τ1、τd是常數(shù)，用于調(diào)整比例積分微分控制器，Ep是目標(biāo)壓力減去平均壓力(Ptarget-Paverage)中的誤差，Δt是所述多個時步的所述一個時步，而∫Epdt是壓力誤差對時間的積分。在該等式中，可以利用以下等式在前一時步結(jié)束時為所述多個時步的所述一個時步計(jì)算∫Epdt ∫Epdt+＝(Ptarget-Paverage，beginning of TS value)*Δt 其中，Paverage，beginning of TS value是時步開始時的平均壓力。
0028而且，在其它實(shí)施例中，所述方法可以包括至少部分基于至少一個物質(zhì)平衡分組為儲層模型內(nèi)的多個井分配流速。分配的流速可以進(jìn)一步基于井?dāng)?shù)據(jù)、井約束條件和儲層數(shù)據(jù)，并且可以包括為多個井的至少一個井分配注入速率，其中多個井包括至少一個產(chǎn)出器井和至少一個注入器井。注入速率的分配可以包括計(jì)算至少一個產(chǎn)出器井的產(chǎn)出速率；計(jì)算至少一個注入器井的最大注入速率；向至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件；向至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到目標(biāo)注采比；在多個時步的至少一個時步內(nèi)向模擬器提供分配的注入速率。計(jì)算至少一個產(chǎn)出器井的產(chǎn)出速率可以包括在多個時步的一個時步開始時計(jì)算儲層體積產(chǎn)出速率和地表體積產(chǎn)出速率的估計(jì)值，其中儲層體積產(chǎn)出速率和地表體積產(chǎn)出速率加上用戶指定的外部源并減去用戶指定的外部匯(sink)。計(jì)算至少一個注入器井的最大注入速率可以包括當(dāng)井壓力被設(shè)置為最大井壓力、最小相關(guān)儲層塊壓力和最大增量壓力三者中的最小值時計(jì)算注入速率；將計(jì)算的注入速率與用戶指定的最大注入速率進(jìn)行比較；以及選擇計(jì)算的注入速率和用戶指定的最大注入速率之間較低的速率。向至少一個注入井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件可以包括計(jì)算滿足最小注采比的至少一個物質(zhì)平衡分組約束條件要求的儲層體積；計(jì)算以地表單位為單位的最大注入速率；以及向至少一個注入器分配注入流體。向至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到目標(biāo)注采比可以包括計(jì)算滿足目標(biāo)注采比的至少一個物質(zhì)平衡分組約束條件要求的儲層體積；以及向至少一個注入器分配注入流體。
0029在另一實(shí)施例中，構(gòu)建至少一個物質(zhì)平衡分組的方法可以包括構(gòu)建多個物質(zhì)平衡分組，其中多個物質(zhì)平衡分組的每個分組包括多個井的至少一個井的一部分、儲層的一部分和至少一種井管理算法，以在多個物質(zhì)平衡分組的每個分組內(nèi)提供物質(zhì)平衡追蹤。另外，在此方法中，多個物質(zhì)平衡分組的一個分組可以進(jìn)一步包括多個物質(zhì)平衡分組的至少一個物質(zhì)平衡分組。此外，多個物質(zhì)平衡分組的每個分組可以以分層結(jié)構(gòu)在多個物質(zhì)平衡分組之間相關(guān)聯(lián)。
0030而且，實(shí)施例的各個方面可以在包含可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)，這些可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時，將執(zhí)行模擬流體在儲層模型中流動的操作。



0031通過閱讀以下詳細(xì)描述并參考附圖，本技術(shù)的前述及其它優(yōu)勢將是顯而易見的，其中 0032圖1是根據(jù)本技術(shù)的某些方面對儲層系統(tǒng)進(jìn)行建模和操作的過程的示例性流程圖； 0033圖2是根據(jù)本技術(shù)的某些方面在圖1中使用的MBG的公式化的示例性流程圖； 0034圖3A-3E是根據(jù)本技術(shù)的一些方面的儲層系統(tǒng)模型和用于MBG的注采算法的響應(yīng)的示例性圖表； 0035圖4是根據(jù)本技術(shù)的一些方面用于MBG的壓力維持算法的響應(yīng)的示例性圖表； 0036圖5是根據(jù)本技術(shù)的某些方面用于MBG的配注(injectionallocation)算法的公式化的示例性流程圖； 0037圖6A-6E是根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例具有MBG的儲層系統(tǒng)模型的示例性圖表； 0038圖7A-7B是根據(jù)本技術(shù)的一些方面在儲層系統(tǒng)模型中通過水錐進(jìn)使用MBG的示例性圖表；以及 0039圖8是根據(jù)本技術(shù)的某些方面的建模系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。

具體實(shí)施例方式0040在接下來的具體實(shí)施方式
部分，將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例描述本技術(shù)的具體實(shí)施例。但是，就以下描述具體到本技術(shù)的特定實(shí)施例或特定使用的方面來說，這只是為了示例的目的且僅提供了示例性實(shí)施例的簡明描述。因此，本發(fā)明并不局限于以下描述的具體實(shí)施例，而是可以包括屬于所附權(quán)利要求的真實(shí)范圍內(nèi)的所有替代、更改以及等價物。
0041本技術(shù)涉及一種對碳?xì)浠衔飪舆M(jìn)行建模和管理的方法或系統(tǒng)。依據(jù)本技術(shù)，物質(zhì)平衡分組(MBG)是邏輯與算法的軟件表示，其用來為儲層系統(tǒng)開發(fā)并實(shí)現(xiàn)儲層模擬器中的井管理策略。MBG可包括產(chǎn)出井和注入井的集合、儲層的一部分、“子”MBG的集合、輸入數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)和用于計(jì)算結(jié)果并基于這些結(jié)果實(shí)現(xiàn)井管理策略的數(shù)值算法。MBG是井管理方面的新對象，其被實(shí)現(xiàn)為面向?qū)ο蟮挠?jì)算機(jī)編程語言中的對象。也就是說，MBG是井的邏輯集合，這些井具有用于信息的相關(guān)儲層區(qū)域這些信息可用來表示結(jié)果以及實(shí)現(xiàn)井管理策略。特別地，通過MBG，儲層工程師可以開發(fā)并實(shí)現(xiàn)與儲層條件而不只是井的性能緊密相關(guān)的井管理策略。由于儲層中壓力下降和穿過儲層邊界的流動是將來井行為的指示，因此可以通過使用MBG開發(fā)預(yù)想的井管理策略。因此，木技術(shù)的MBG提供儲層塊與井管理策略的緊密結(jié)合以增強(qiáng)儲層模擬。
0042在本技術(shù)中，一些方法描述了使用過程控制原理來為儲層模擬設(shè)置井速率，將物質(zhì)平衡與對虧空充填或注采(voidage replacement)和壓力維持策略的數(shù)值誤差的內(nèi)置修正結(jié)合，以及基于穿過儲層邊界的儲層流體流動開發(fā)井管理策略。MBG將井與儲層分區(qū)結(jié)合以增強(qiáng)物質(zhì)平衡和體積平衡計(jì)算，并使用過程控制原理來為井管理策略確定適當(dāng)?shù)淖⑷胨俾剩T如維持儲層系統(tǒng)內(nèi)的壓力。該方案并不忽視基于流動的分組，而是外加了這樣的分組。儲層、產(chǎn)出器和注入器之間的這種緊密結(jié)合允許增強(qiáng)的儲層管理算法，諸如維持壓力，并注重MBG的物質(zhì)平衡。物質(zhì)平衡考慮進(jìn)入或離開系統(tǒng)的所有質(zhì)量，諸如儲層模型、設(shè)備模型或儲層的一部分或設(shè)備模型的子集，或者是以上各項(xiàng)的任意組合。
0043因此，在本技術(shù)中，井管理策略包括在各個井、平臺(例如，成組的井)、場地(成組的平臺)、工程(成組的場地)及其不同組合上運(yùn)行的井管理算法或邏輯。這些算法用于監(jiān)測井、場地、平臺和工程性能以及基于當(dāng)前的井性能和儲層條件提供對井管理的分析。這類算法可以包括注采、流體處理、壓力維持、控制穿過儲層中的邊界的流動、井調(diào)度(scheduling)、確定井位置等。因此，MBG允許儲層工程師基于儲層響應(yīng)而不只是井測量來開發(fā)井管理算法。MBG方案還允許根據(jù)公共參考條件進(jìn)行更準(zhǔn)確的儲層體積計(jì)算。
0044現(xiàn)在參看附圖，首先參看圖1，描述了根據(jù)本技術(shù)的某些方面對儲層系統(tǒng)進(jìn)行建模和操作的過程的示例性流程圖100。在該過程中，一個或多個儲層的一部分和地表設(shè)備(例如，井)在建模系統(tǒng)中被建模以代表儲層系統(tǒng)內(nèi)的流體流動。在該儲層系統(tǒng)模型的模擬過程中，MBG被用來向表示儲層的矩陣提供邊界條件。建模系統(tǒng)可以包括由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的計(jì)算機(jī)可讀指令或代碼的建模程序，這將在下文中討論。
0045流程圖開始于塊102。在塊104處，可獲得用于模擬的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包括物質(zhì)參數(shù)(例如巖石屬性、流體屬性、儲層的初始狀態(tài)、計(jì)劃的井位置以及完成的狀態(tài)(completion)等)。之后，如塊106所示，可以構(gòu)建儲層系統(tǒng)模型。儲層系統(tǒng)模型可以包括儲層(例如，地質(zhì)體)部分和井設(shè)備(例如，井和井裝備)部分。也就是說，儲層系統(tǒng)模型可以包括本領(lǐng)域熟知的井、管道、分離器、泵等。儲層系統(tǒng)的示例模型在下文中描述。在塊107處，可以為儲層系統(tǒng)的模型構(gòu)造MBG。MBG是井部分和儲層節(jié)點(diǎn)部分、井管理算法和相關(guān)數(shù)據(jù)的軟件集合，相關(guān)數(shù)據(jù)通過在儲層系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)井管理策略來開發(fā)和管理碳?xì)浠衔飪酉到y(tǒng)。例如，MBG可包括各種井管理算法，諸如注采算法、壓力維持算法以及配注算法。
0046一旦構(gòu)造，借助MBG設(shè)置邊界條件，如塊108所示。邊界條件是儲層系統(tǒng)模型中指定的速率和/或壓力。如以上提到的，邊界條件可以基于不同類型的儲層、不同類型的井、井網(wǎng)、流體屬性、巖石屬性和經(jīng)濟(jì)效果。邊界條件隨著模擬的進(jìn)行發(fā)生變化。在塊110中，可以求解儲層模擬的矩陣。矩陣的求解可以包括求解時間間隔Δt(例如時步)內(nèi)狀態(tài)變量的變化。之后，可以更新狀態(tài)變量，如塊112所示。在塊114中，報(bào)告結(jié)果。MBG可用于對井和儲層用于報(bào)告結(jié)果的部分的特定組合進(jìn)行分組。報(bào)告結(jié)果可以包括向顯示單元顯示結(jié)果、在存儲器中存儲結(jié)果和/或打印結(jié)果。常見的結(jié)果是由MBG計(jì)算的那些數(shù)值，這將在下文中討論。
0047在塊116處，確定時步是否結(jié)束。一旦已經(jīng)執(zhí)行預(yù)定數(shù)目的時步或在指定的時間，可以進(jìn)行該確定。如果時步?jīng)]有結(jié)束，則可再次借助MBG設(shè)置邊界條件，如塊108中所述。但是，如果時步結(jié)束，則可以在塊118中報(bào)告模擬結(jié)果。報(bào)告模擬結(jié)果可以包括向顯示單元顯示模擬結(jié)果、在存儲器中存儲模擬結(jié)果和/或打印模擬結(jié)果。之后，可使用模擬結(jié)果，如塊120所示。使用模擬結(jié)果可以包括管理由儲層系統(tǒng)模型表示的碳?xì)浠衔飪酉到y(tǒng)、基于模擬結(jié)果鉆探注入井和產(chǎn)出井、基于模擬結(jié)果操作注入器和產(chǎn)出器以及從由儲層系統(tǒng)模型表示的碳?xì)浠衔飪酉到y(tǒng)產(chǎn)出碳?xì)浠衔铩o論如何，該過程在塊122結(jié)束。
0048有利地，本技術(shù)可用來以一種方式對碳?xì)浠衔飪酉到y(tǒng)進(jìn)行建模，以增強(qiáng)儲層及其產(chǎn)出的凈現(xiàn)值(net present value)。MBG提供一種機(jī)構(gòu)來追蹤流體通過井并穿過儲層區(qū)域邊界進(jìn)出儲層區(qū)域的運(yùn)動；追蹤相關(guān)儲層區(qū)域中的儲層屬性(例如，平均壓力、適當(dāng)數(shù)量等)；以及追蹤在現(xiàn)場條件和其它參考條件下流體的體積運(yùn)動。MBG可用于為井和儲層邊界組織該信息，該信息可以呈現(xiàn)或顯示給用戶。
0049利用來自MBG的這一信息，可以利用井管理策略增強(qiáng)儲層系統(tǒng)的管理。例如，MBG可用來開發(fā)操縱儲層屬性的井管理實(shí)踐，以便提高儲層性能(例如，凈現(xiàn)值(NPV)、油回收率等)。同樣，利用儲層區(qū)域與井的結(jié)合(例如，在MBG中)，井管理算法可被開發(fā)并用于實(shí)現(xiàn)井管理實(shí)踐。這些井管理算法可以確定儲層模擬器中的井或流動速率(例如，邊界條件)。而且，這些井管理算法可以利用過程控制原理來解決被建模的儲層系統(tǒng)中由于儲層的尺寸和流體的可壓縮性導(dǎo)致的時間滯后。MBG中的井管理算法可以追蹤并改正由儲層模擬器中使用的數(shù)值近似造成的物質(zhì)平衡誤差。因此，用戶可以通過使用與MBG相關(guān)的井管理算法來定義目標(biāo)和約束條件。井管理算法可以用于實(shí)現(xiàn)井管理策略，諸如注采、壓力維持、控制穿過邊界的流動、注入分配和產(chǎn)出分配。將在圖2中進(jìn)一步討論MBG的產(chǎn)生。
0050圖2是根據(jù)本技術(shù)的某些方面構(gòu)建MBG的過程的示例性流程圖200。在此過程中，MBG可用于數(shù)據(jù)采集管理以測量數(shù)據(jù)并提供對數(shù)據(jù)的訪問，通過該數(shù)據(jù)可以作出判定，從而有效地開發(fā)井管理策略。每個MBG可用于計(jì)算與分配給該MBG的儲層和井的部分相關(guān)的屬性。對于儲層屬性，MBG可計(jì)算最小、最大和/或平均(例如，min/max/avg)壓力、溫度或飽和度。而且，MBG可用于計(jì)算適當(dāng)體積、適當(dāng)摩爾數(shù)、氣孔體積、飽和度、回收百分比、VRR、累積VRR等。MBG也可用于計(jì)算從儲層不同部分流入相關(guān)儲層區(qū)域的流體凈流量。而且，由于MBG可包含井的任意分組(例如，產(chǎn)出器和注入器)，所以MBG中井的分組并不必須依賴于流動路徑(例如，產(chǎn)出器和注入器通常不處在相同的流動路徑中)。對于與井有關(guān)的數(shù)據(jù)，MBG用于計(jì)算組成比率、相速率、累積速率、產(chǎn)出速率、注入速率、穿過邊界儲層節(jié)點(diǎn)邊界的速率、VRR、累積VRR等。
0051該流程圖開始于塊202。在塊204處，使一個或多個地質(zhì)體與MBG相關(guān)聯(lián)。地質(zhì)體可以是儲層單元、整個儲層、跨越多個儲層或僅僅是單個井周圍的小區(qū)域的任意集合。地質(zhì)體還可以包括斷塊(fault block)、特定巖石層、連接到一井網(wǎng)的儲層或針對一個井或一組井的排水區(qū)(drainage area)。可以開發(fā)算法以便基于儲層中的連通性計(jì)算地質(zhì)體。之后，一個或多個井可以分配給MBG，如塊206所示。這些井可由儲層工程師直接分配給MBG，或者通過自動過程分配給MBG。在一些情形下，可以指定連接到儲層的多個部分的井，該儲層跨越多個MBG，可以指定來自要在MBG中計(jì)算的特定井的流動部分，或者可以指定由MBG基于來自地質(zhì)體或進(jìn)入地質(zhì)體的流動來動態(tài)計(jì)算的那些部分。
0052在塊208處，可以為MBG指定速率。這些速率可以通過儲層工程師根據(jù)外部源(例如，注入器)或匯(例如，產(chǎn)出器)來指定。這些源可以包括場地或管線，而匯可以包括燃料、銷路、管線、油輪終端、火苗(flare)等。MBG處理記帳，以便正在產(chǎn)出什么以及可以注入什么都是已知的。之后，可以為MBG指定井管理算法，如塊210所示。井管理算法可包括不同操作，諸如目標(biāo)、策略、約束條件和行動，這些操作可以在MBG中指定以管理井和相關(guān)的儲層地質(zhì)體。這些井管理算法包括注采、壓力維持、錐進(jìn)(coning)/尖端化(cusping)控制、井調(diào)度、井布置，這些將在下文進(jìn)行討論。例如，一種井管理策略可能是每天產(chǎn)生5000桶(bb1)油，而一種井管理策略可能是注入所有產(chǎn)出的氣體并通過注入足夠的水來維持儲層壓力。約束條件可以包括為井分組或各個井限定最大水速率。在這些約束條件下，如果約束條件變?yōu)橛行Щ虮贿`反，則可以指定行動以修改操作。例如，如果水產(chǎn)出速率超過當(dāng)前最大可能的水注入速率，則將選擇限制整個產(chǎn)出過程的行動，以便水產(chǎn)出速率不超過注入能力。對此約束條件的另一種可能的行動是鉆探新的水注入器。存儲在MBG中且MBG可訪問的知識(例如，數(shù)據(jù)和用戶指定的約束條件)使得MBG能夠計(jì)算何時鉆探下一個水注入器以及在哪里鉆探。
0053在塊212處，MBG可能與被稱為子MBG(child MBG)的MBG的集合相關(guān)聯(lián)。父MBG(parent MBG)可用于監(jiān)測這組子MBG上的物質(zhì)平衡和體積平衡。父MBG也可以用于分配穿過子MBG的井速率。例如，子MBG可用于表示平臺，而父MBG可用于表示非流動分組，諸如場地或儲層塊。之后，可以存儲MBG，如塊214所示。MBG的存儲可以包括將MBG保存到文件或存儲器中，該存儲器可以是建模系統(tǒng)的存儲器。在塊216處，基于儲層工程師的技術(shù)判斷，作出是否創(chuàng)建額外的MBG的決定。如果要創(chuàng)建額外的MBG，則之后在塊204處可以使一個或多個地質(zhì)體與其相關(guān)聯(lián)。但是，如果不創(chuàng)建額外的MBG，則該過程將在塊218處結(jié)束。
0054有利地，與對眾多設(shè)備對象(例如，井節(jié)點(diǎn)或儲層節(jié)點(diǎn))指定輸入數(shù)據(jù)和算法相比，可利用本技術(shù)將井管理策略組織與合并成單個對象。因此，將在下文討論不同的井管理算法。
注采算法 0055與當(dāng)前算法相比，將儲層區(qū)域或地質(zhì)體與MBG框架中的相關(guān)井相結(jié)合增強(qiáng)了注采計(jì)算。特別是，注采算法可用于增強(qiáng)儲層模擬的計(jì)算。例如，本技術(shù)的一個改善之處在于為MBG指定公共參考壓力，該公共參考壓力用于計(jì)算儲層體積。公共參考壓力可以是用戶指定的壓力，或相關(guān)儲層區(qū)域的平均壓力。公共參考壓力的使用消除了在比儲層體積注入速率的壓力更低的壓力下計(jì)算注采比(voidage production rate)的其它方法所引入的誤差。因此，將儲層平均壓力用作公共參考壓力引起壓力隨時間的變化。
0056另一個改善之處在于，MBG可用于校正地表體積平衡誤差。在此實(shí)施例中，MBG可追蹤(例如，在時步開始時)指定的注入速率與(例如，時步結(jié)束時)計(jì)算的產(chǎn)出速率之間的累積差?？梢酝ㄟ^在將來的時步內(nèi)將其添加到注入速率中來消除或降低被稱為地表體積平衡誤差的偏差或誤差?？梢曰谟脩糁付ǖ臅r間調(diào)節(jié)地表體積平衡誤差。例如，如果用戶已經(jīng)指定重新注入一種相，則地表體積平衡誤差將在該相的每個時步內(nèi)被累積，如等式(Eq1)所示 SurfaceVolProdInjError[phase]+＝Δt*SurfaceVolProductionNetRate[phase] (Eq1) 其中，SurfaceVolProdInjError[phase]是在時步結(jié)束時計(jì)算的所產(chǎn)出的可注入流體與基于在時步條件開始時的估計(jì)確定的注入速率之間的累積差，Δt是時步的大小，而SurfaceVolProductionNetRate[phase]是在時步結(jié)束時計(jì)算的注入速率與基于在時步條件開始時的估計(jì)確定的注入速率之間的差量。
0057在給定的時步，如果給定相的注入器以其最大能力注入，則這一誤差累積被設(shè)置為零。因此，產(chǎn)出合理地超過注入能力，因而它并不是一個“誤差”。當(dāng)確定在給定時步有多少注入流體可用于注入時，該流體的估計(jì)產(chǎn)出速率被添加到SurfaceVolProdInjError。如下面的等式(Eq2)所示，使用時間消除因子來避免試圖立即添加重注入所有的誤差。這些降低在具有顯著誤差的大時步緊接著小時步時出現(xiàn)的數(shù)值不穩(wěn)定性。
SurfaceVolAvailableToInject[phase]＝SurfaceVolProductionRate[phase]+ SurfaceVolProdInjError[phase]/relaxation_time (Eq1) 其中，SurfaceVolAvailableTolnject[phase]是在此時步可用于注入的可注入相的總量，SurfaceVolProductionRate[phase]是基于估計(jì)產(chǎn)出速率在當(dāng)前時步可用于注入的產(chǎn)出的水和氣體的估計(jì)量，而馳豫時間relaxation_time用于消除速率中大的變化，并且是用戶指定的參數(shù)和當(dāng)前時步大小中較大的一個。
0058另一改善之處在于，作為目標(biāo)，MBG可以與累積VRR相關(guān)，而不是與給定時步的瞬時VRR相關(guān)，以校正儲層體積平衡誤差。累積VRR在等式3(Eq3)中限定 VRRcum＝Volinj，res，cum/Volprod，res，cum (Eq2) 其中，VRRcum是累積VRR，Volinj，res，cum是儲層條件下被注入的流體的累積體積，而Volprod，res，cum是儲層條件下產(chǎn)出的流體的累積體積。在任意給定的時步，請求注入的儲層體積在等式4(Eq4)中限定 Volinj，res＝(VRRtarget*Volprod，res，cum-Volinj，res，cum)/relaxation_time+VRRtarget* Volprod，res，estimated for timeetep (Eq3) 其中，VRRtarget是目標(biāo)VRR，relaxation_time如等式2(Eq2)中的描述，Volinj，res是以儲層體積單位為單位的注入速率，Volprod，res，estimated for timestep是在給定時步可注入流體的估計(jì)產(chǎn)出速率。
0059該公式解決了注采中由于時間離散化而累積的誤差。這類似于出現(xiàn)在地表體積平衡中的時間離散化誤差，但是該段中指出的誤差是儲層體積平衡。在注入之前開始產(chǎn)出的情形下，該公式允許注采策略實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。傳統(tǒng)的井管理算法使用等式(Eq5)確定注入體積。等式(Eq5)不具有調(diào)節(jié)注入速率以校正時間離散化誤差的能力。
Volinj，res＝VRRtarget*Volprod，res，estimated for timestep(Eq4) 0060因此，MBG通過追蹤和存儲一組井和相關(guān)儲層地質(zhì)體的累積的和瞬時的注入體積、產(chǎn)出體積和凈體積來增強(qiáng)計(jì)算，并且利用該信息校正出現(xiàn)在傳統(tǒng)井管理算法中的物質(zhì)平衡誤差。
0061例如，圖3A-3E是與用于儲層系統(tǒng)模型的注采方法有關(guān)的示例性圖表。在圖3A中，示例性儲層系統(tǒng)模型300具有六個產(chǎn)出器302a-302f，三個水注入器304a-304c和三個氣體注入器306a-306c。該儲層系統(tǒng)模型300的井管理策略可能是在每個時步以最高的產(chǎn)油速率進(jìn)行產(chǎn)出，并且注入所產(chǎn)出的所有氣體和水。
0062為了實(shí)現(xiàn)每個時步中的VRR等于1，可能必須注入額外的水，如圖3B-3D的圖表所示。盡管指定了目標(biāo)VRR等于1，但是注入速率是基于在正處理的時步開始時估計(jì)的速率指定的。這在等式(Eq5)描述的“傳統(tǒng)的”注采算法之后。在圖3B中，示出了在典型注采的時步結(jié)束時最終計(jì)算結(jié)果的圖表310，該結(jié)果以儲層體積單位為單位。該結(jié)果包括注入氣體速率響應(yīng)314、注入水速率響應(yīng)315、產(chǎn)出總速率316、VRR響應(yīng)317和累積VRR響應(yīng)318。對于這些響應(yīng)314-316，相對以天為單位的時間軸312繪制出了以桶/天(bbl/day)為單位的沿著速率軸311的數(shù)值，同時相對響應(yīng)317-318的時間軸繪制出了VRR軸313上的數(shù)值。盡管該算法意欲將VRR維持在等于1，如圖310所示，但是由于時步線性化會產(chǎn)生某一誤差，并且注入速率低于期望的數(shù)量。
0063在圖3C中，示出了當(dāng)前示例的凈氣體速率和凈累積氣體的圖表320。對于凈氣體速率響應(yīng)324，相對以天為單位的時間軸322繪制出了以標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/天(SCF/day)為單位的凈氣體速率軸321的數(shù)值，同時相對凈氣體累積響應(yīng)325的時間軸322繪制出了凈氣體累積軸323的數(shù)值。
0064對于井管理策略，開采出所有的氣體，但是如圖320所示，在時步開始時響應(yīng)324-325的預(yù)測井速率低估了氣體產(chǎn)出速率，這表明圖3B的響應(yīng)314和315的注入速率太低。在大約1600天后模擬結(jié)束時，已經(jīng)產(chǎn)出了40,000,000 SCF氣體，但是如示例所指定，這些氣體不被注入。
0065在圖3D中，圖表330圖示說明了相對以天為單位的時間軸332、沿著以磅/平方英寸(環(huán)境氣壓)(psia)為單位的壓力軸331的平均壓力。如圖表330所示，即使VRR接近1，壓力也不會被維持。如圖3B所示，在模擬期間平均壓力已經(jīng)幾乎下降了200psi(磅/平方英尺)。這種壓力的下降可能是由于沒有將VRR維持為1，以及為產(chǎn)出器和注入器的體積計(jì)算使用不同的參考條件。
0066圖3E圖示說明了由MBG提供的注采算法的增強(qiáng)的圖表340。如上面圖3A中提到的，產(chǎn)出的氣體和水被重新注入。但是，在此示例中，氣體用于彌補(bǔ)虧空的差異。對于MBG的注采計(jì)算，區(qū)域平均壓力被用作參考壓力，并且弛豫時間是30天。如圖表340所示，相對以天為單位的時間軸342繪制出了沿VRR軸341的MBG VRR響應(yīng)344和傳統(tǒng)VRR響應(yīng)345的數(shù)值，同時相對時間軸341繪制出了沿著壓力軸343的MBG平均壓力響應(yīng)346和傳統(tǒng)平均壓力響應(yīng)347的數(shù)值(單位是psia)。關(guān)于VRR，與傳統(tǒng)VRR響應(yīng)345相比，MBG VRR響應(yīng)344的數(shù)值與1(例如，目標(biāo)VRR)的偏離更小。同時，如MBG VRR響應(yīng)344的數(shù)值所示，MBG的井管理算法在模擬過程中自身重新定向以校正時間線性化誤差。關(guān)于壓力，在理想的儲層區(qū)域中，將VRR設(shè)置成等于1可以維持儲層區(qū)域中的壓力。通過使用傳統(tǒng)注采算法，傳統(tǒng)平均壓力響應(yīng)347的數(shù)值在1600天內(nèi)下降了大約300psi。但是，雖然MBG平均壓力響應(yīng)346的數(shù)值減小，但MBG的井管理算法降低了大約一半的誤差。通過將儲層平均壓力用作體積計(jì)算的參考壓力并校正時步線性化錯誤，MBG能夠以增強(qiáng)的方式為儲層模擬維持儲層壓力。在下面的壓力維持算法中討論進(jìn)一步的改善。
壓力維持算法 0067除了注采算法外，另一種井管理算法可以包括壓力維持算法。如上所述，儲層中的平均壓力是儲層流動特性、流體相行為、產(chǎn)出速率和注入速率的很復(fù)雜的函數(shù)。這樣，將VRR維持在大約為1的壓力維持是更復(fù)雜的。而且在產(chǎn)出速率或注入速率的變化開始影響平均儲層壓力之前，壓力會經(jīng)歷時間延遲。因此，對于壓力維持策略，儲層工程師可以為地質(zhì)體指定目標(biāo)平均壓力。之后，利用比例積分微分(PID)控制器來計(jì)算每個時步的瞬時VRR，以維持該目標(biāo)壓力。PID控制器的概念源于過程控制原理，例如參見Segorg，Dale E.，等人的Process Dynamics andControl，Wiley，New York，1989，p.195。因此，過程控制原理可用于控制儲層模擬器中的井管理。
0068在此實(shí)施方式中，利用下面的等式(Eq6)動態(tài)地計(jì)算目標(biāo)VRRVRRtarget VRRtarget＝1.0+Kc*(Ep+1.o/τ1*∫Epdt+τd/Δt*(Ep-Ep，old))　　　　　(Eq5) 其中，Kc、τ1、τd是常數(shù)，用于調(diào)整PID控制器。Ep是目標(biāo)壓力減去平均壓力(Ptarget-Paverage)的誤差，而∫Epdt是壓力誤差對時間的積分。當(dāng)前時步的∫Epdt在前一時步結(jié)束時利用等式(Eq7)來計(jì)算 ∫Epdt+＝(Ptarget-Paverage，beginning of TS value)*Δt (Eq6) 其中，Paverage，beginning of TS value是時步開始時的平均壓力。
0069為了避免積分項(xiàng)∫pdt的“飽和”，如果計(jì)算的VRRtarget大于用戶指定的VRRmax，則∫pdt的數(shù)值不被更新。Kc、τ1、τd的典型值分別是1.0、100、0.0，但是可以根據(jù)儲層和工程師的判斷發(fā)生變化。
0070壓力維持的使用的示例在圖4中示出。圖4描述了當(dāng)使用壓力維持算法來代替?zhèn)鹘y(tǒng)注采算法或改進(jìn)的MBG算法時對響應(yīng)的比較。如圖表400所示，相對以天為單位的時間軸402繪制出了沿著VRR軸401的MBG VRR響應(yīng)404、MBG壓力維持響應(yīng)405和傳統(tǒng)VRR響應(yīng)406的數(shù)值，同時相對時間軸401繪制出了沿著壓力軸403的MBG平均壓力響應(yīng)407、MBG壓力維持響應(yīng)408和傳統(tǒng)平均壓力響應(yīng)409的數(shù)值(單位是psia(每平方英寸絕對壓力，本文中也被稱為“psi”))。在此示例中，目標(biāo)壓力被設(shè)置為1843psi的初始壓力。PID控制器自動隨時間調(diào)節(jié)目標(biāo)VRR以補(bǔ)償壓力中的初始誤差，以及之后將壓力維持在1843psi，如MBG壓力維持響應(yīng)408中所示。MBG壓力維持算法可以補(bǔ)償復(fù)雜流體相和流動行為引起的誤差以及由打開或關(guān)閉井或井速率的變化引起的對系統(tǒng)的“擾動”(upset)。MBG壓力維持響應(yīng)405是儲層模擬的非理想特性的一種表示。MBG壓力維持算法正確地使VRR偏離1，以使平均儲層壓力返回到目標(biāo)壓力。
配注算法 0071此外，可以在配注算法中提供額外的改進(jìn)。例如，儲層工程師可以為儲層和MBG表示的井集合指定約束條件。約束條件可以包括注入器的最大注入速率，MBG的最大注入速率，最大增量(delta)壓力(例如，儲層和井節(jié)點(diǎn)之間的壓力差)、最大井壓力、(井和MBG的)最小注入速率、最小VRR、最大VRR等。為了分配流體給注入器，可以利用一種過程或配注算法，如以下在圖5中討論的。請注意，該配注算法只是示例的目的，并且假設(shè)已經(jīng)設(shè)置了產(chǎn)出速率。
0072流程圖開始于塊502。在塊504處，計(jì)算初始時步的產(chǎn)出速率。通常通過指定每個井上的其中一種相(例如，通常是液體碳?xì)浠衔锵?的速率來設(shè)置產(chǎn)出速率。基于在時步開始時的儲層條件估計(jì)其它相的速率，這可能與時步結(jié)束時不同。這些估計(jì)的速率和在注入的時步期間可用的氣體和水的數(shù)量相關(guān)。特別是，儲層和地表體積產(chǎn)出速率的估計(jì)值在時步開始時計(jì)算，其可包括用戶指定的外部源并減去外部匯。之后，計(jì)算可能在MBG中的注入器的最大注入速率，如塊506所示。最大注入速率的計(jì)算可以包括當(dāng)井壓力被設(shè)置為最大井壓力、最小相關(guān)儲層塊壓力和最大增量壓力三者中的最小值時計(jì)算速率，比較限壓速率(例如，以上計(jì)算的速率)和用戶指定的最大注入速率，以及選擇較低速率。
0073一旦計(jì)算出最大注入速率，注入流體就在塊508-514中被分配。應(yīng)當(dāng)注意，塊508-512受可用注入流體的數(shù)量的支配，這可能基于塊504中的計(jì)算。在塊508中，分配注入流體直至達(dá)到注入器上的最小速率約束條件。注入流體的分配可以包括分配注入流體以注入直至達(dá)到MBG最小VRR目標(biāo)(MinVRR目標(biāo))。注入流體的分配可以包括三個因素。第一，滿足最小VRR的MBG約束條件要求的儲層體積可以通過以下等式(Eq8)和(Eq9)來計(jì)算。
VRRrequested＝MAX(MBG VRRmin，(∑Min Injector Res rates)/Voidage Rate) (Eq8) Volinj，res＝VRRrequeeted*Volprod，res，estimated for tinestep(Eq9) 其中，VRRrequested是塊508中要分配的注采比，MBG VRRmin是用戶要求的最小注采比，Min Injector Res rates是用戶在儲層條件下指定的最小注入速率，而Voidage Rate是總的儲層體積產(chǎn)出速率。項(xiàng)Volinj，res和Volprod，res，estimated for timestep與上面在等式(Eq4)中討論的項(xiàng)相同。第二，以地表單位為單位的最大注入速率可以利用等式(Eq10)計(jì)算。
MIN(Convert_to Surface_Rate(Volinj，res)，Material Balance Constraints) (Eq10) 其中，Convert_to Surface_Rate表示將儲層條件下的體積轉(zhuǎn)換成地表?xiàng)l件下的體積的函數(shù)，Material Balance Constraints是用戶為MBG指定的最小速率約束條件。第三，流體被分配給注入器。這種分配可以包括根據(jù)用戶優(yōu)先級、注入能力(injectivity)或其它標(biāo)準(zhǔn)對注入器分類，以及向注入器分配注入流體直至達(dá)到它們的最小速率、MBG約束條件或者直到等式(Eq10)的結(jié)果中不再有注入流體可用。
0074在塊510處，分配注入流體直至達(dá)到目標(biāo)VRR。在該塊中注入流體的分配可以包括計(jì)算滿足MBG目標(biāo)VRR所要求的儲層體積以及向注入器分配流體。要求的儲層體積的計(jì)算可以基于以上討論的等式(Eq4)或(Eq6)。為了向注入器分配流體，注入器可以根據(jù)用戶優(yōu)先級、注入能力或其它標(biāo)準(zhǔn)被分類。之后，可以分配注入流體直到滿足要求的儲層體積，或MBG約束條件得到滿足，或直至不再有注入流體可用。
0075在塊512處，可以確定要注入的過量流體是否超出目標(biāo)VRR并且達(dá)到最大VRR，以處理過量的流體。該確定可基于儲層工程師的選擇。在可選擇執(zhí)行的該塊中，額外流體諸如氣體和水的注入可以包括利用下面的等式(Eq11)計(jì)算滿足最大VRR的MBG目標(biāo)所要求的儲層體積 Volinj，res＝(VRRmax*Volprod，res，cum-Volinj，res，cum)/relaxation_time+VRRmax* Volprod，res，estimated for timestep (Eq11) 0076之后，額外的流體可以分配給注入器。額外流體的分配可以包括利用用戶優(yōu)先級、注入能力或其它標(biāo)準(zhǔn)對注入器進(jìn)行分類，以及分配注入流體直至要求的儲層體積得到滿足、MBG約束條件得到滿足和/或直至不再有額外的注入流體可用。
0077在塊514處，可確定MBG是否已經(jīng)被分配所要求的數(shù)量以達(dá)到目標(biāo)VRR。如果目標(biāo)數(shù)量沒有得到滿足，則額外的流體可用于“彌補(bǔ)該差異”以達(dá)到MBG目標(biāo)VRR。其它流體可以包括來自非指定源的流體以彌補(bǔ)可用注入流體的數(shù)量與需要的注入流體的數(shù)量之間的差異，從而與MBG目標(biāo)VRR值匹配。該確定可以包括計(jì)算滿足最小VRR的MBG約束條件要求的儲層體積，該計(jì)算基于上面討論的等式(Eq4)和/或(Eq6)。之后，其它注入流體可通過以下方式進(jìn)行分配利用用戶優(yōu)先級、注入能力或其它標(biāo)準(zhǔn)對注入器進(jìn)行分類，以及分配其它注入流體直至要求的儲層體積得到滿足，MBG約束條件得到滿足。請注意，對注入的可用流體沒有限制。
0078在塊516處，為注入器井保存計(jì)算出的注入速率。這可能涉及將配注算法參數(shù)存入存儲器、在顯示單元上顯示配注算法參數(shù)或者向儲層系統(tǒng)的模擬提供配注算法參數(shù)。無論如何，該過程在塊518處結(jié)束。
0079有利的是，該過程通過提供相對傳統(tǒng)方法改進(jìn)了的分配過程增強(qiáng)儲層的井管理，并且維持了物質(zhì)平衡。例如，分配過程的塊508-512為儲層工程師提供設(shè)置最小注入約束條件、目標(biāo)注入約束條件以及處理過量流體的靈活性，同時注重物質(zhì)平衡。特別是，塊514為儲層工程師提供計(jì)算實(shí)際需要多少流體以達(dá)到要求的注采或壓力維持的能力。因此，塊508-514允許在單時步中增強(qiáng)分配的靈活性，其中在移動到下一分配之前，每個井獲得在給定時步中分配給它的速率份額。
0080此外，通過單個時步的分配過程，一個高容量井可能接收比其它注入器更高的優(yōu)先級。也就是說，高容量的注入器可以接收所有注入流體，同時其它井不接收注入流體的分配。這可能導(dǎo)致不平衡的注入和儲層中差的波及效率(sweep efficiency)(差的油回收)。但是，在當(dāng)前的分配過程中，以一種更分散的方式分配注入流體，其平衡注入以提供改善的油回收。
MBG中的父子(Parent-Child)關(guān)系 0081為了進(jìn)一步增強(qiáng)MBG的使用，可以在MBG的集合間建立關(guān)系。由于MBG可以表示平臺、井網(wǎng)、斷塊或平臺分組等的不同分組，所以可以在MBG之間建立不同的關(guān)系以進(jìn)一步增強(qiáng)儲層系統(tǒng)的管理。例如，圖6A-6E是根據(jù)本技術(shù)的一些實(shí)施例具有MBG的儲層系統(tǒng)模型的示例性圖表。可以同時參看圖3A，以更好地理解圖6A和6B。在圖6A中，示例性儲層系統(tǒng)模型600具有上面討論的六個產(chǎn)出器302a-302f、水注入器304a-304c和三個氣體注入器306a-306c。在這一儲層系統(tǒng)模型600中，儲層已經(jīng)被劃分成一個父MBG和三個子MBG，即第一MBG 602，第二MBG 604和第三MBG 606。進(jìn)一步參考圖6B描述MBG 602-606之間的關(guān)系。
0082在圖6B中，示出了圖6A的儲層系統(tǒng)模型600的邏輯圖610。在該圖610中，不同的邏輯圖表示產(chǎn)出器302a-302f、注入器304a-304c和306a-306c的流動網(wǎng)絡(luò)，并且表示示例性儲層系統(tǒng)模型600的MBG602-608的關(guān)系。例如，MBG邏輯圖612表示子MBG 602-606與父MBG608之間的關(guān)系。同時，產(chǎn)出器邏輯網(wǎng)絡(luò)614表示產(chǎn)出器302a-302f之間的關(guān)系，水注入器邏輯網(wǎng)絡(luò)616表示水注入器304a-304c之間的關(guān)系，而氣體注入器邏輯網(wǎng)絡(luò)618表示水注入器306a-306c之間的關(guān)系。對于這些邏輯網(wǎng)絡(luò)614-618中的每一個，各個井可能與具體的MBG關(guān)聯(lián)，諸如與子MBG 602-606關(guān)聯(lián)。例如，產(chǎn)出器302a、302b、302e可能與注入器304b和306a-306c在MBG 602中關(guān)聯(lián)。與此類似，產(chǎn)出器302c可能與注入器304c在MBG 604中關(guān)聯(lián)，而產(chǎn)出器302f可能與注入器304a在MBG 606中關(guān)聯(lián)。如圖610中所示，對于儲層系統(tǒng)模型600來說，共同在MBG邏輯圖612的一個MBG中相關(guān)聯(lián)的井(例如，產(chǎn)出器和注入器)不必是相同的流動網(wǎng)絡(luò)。
0083為了運(yùn)行，MBG的各種算法可用于管理儲層模擬。例如，關(guān)于配注算法，用戶可以指定針對MBG 602-608中的每一個將對產(chǎn)出的氣體和水采取什么行動。特別是，用戶可以選擇在子MBG 602-606中注入流體、向上導(dǎo)出到父MBG 608、從父MBG 608導(dǎo)入額外的流體和/或?qū)С?導(dǎo)入到父MBG 608(例如，將流體傳送到父MBG 608并使父MBG 608將流體重新分布到子MBG)。父MBG 608可以根據(jù)各種優(yōu)先策略(例如，用戶指定的、最小VRR累積Min VRR cum，最大油產(chǎn)出(Max OilProduction)、最小平均壓力(Min average pressure)等)管理流體到子MBG 602-606的分配。對于配注算法，計(jì)算從父MBG 608開始，其后的流程與上述圖5中的單個MBG的注入分配流程相同。但是，對于注入器的分類或注入器的分布，父MBG 608分類或分布到子MBG 602-606，之后，子MBG 602-606分布到任意子MBG或井。
0084例如，可以如上面圖6A和6B所述來限定MBG 602-608。在此模型中，MBG 602-608可以將所有產(chǎn)出的流體(例如，氣體和水)傳送到父MBG 608，父MBG 608將產(chǎn)出的流體分布回子MBG 602-606。之后，如果要重新注入所有產(chǎn)出的流體，則可以通過注入足夠的水來維持每個區(qū)域中的壓力。由于MBG 604和606沒有任何氣體注入器306a-306c，所以這些MBG應(yīng)當(dāng)具有氣體的凈產(chǎn)出(例如，正值)。MBG602應(yīng)當(dāng)具有氣體的凈注入(例如，負(fù)值)，并且父MBG 608應(yīng)當(dāng)具有為零的凈氣體速率。儲層系統(tǒng)模型的這些模擬結(jié)果在圖6C-6F中進(jìn)一步示出。
0085在圖6C中，示出了不同MBG 602-608的凈氣體速率的圖表620。在該圖表中，示出了與沿著時間軸622的時間(以天為單位)相對的沿著凈氣體軸621的凈氣體速率(以SCF為單位)的響應(yīng)，諸如表示MBG602的第一響應(yīng)623、表示MBG 604的第二響應(yīng)624、表示MBG 606的第三響應(yīng)625以及表示父MBG 608的第四響應(yīng)626。根據(jù)這些響應(yīng)623-626，為MBG 602-608中的每一個以父MBG的水平增強(qiáng)物質(zhì)平衡(例如，凈氣體速率)。因此，所有氣體被分配到儲層工程師指定的適當(dāng)氣體注入器。
0086在圖6D中，示出了不同MBG 602-608的平均壓力的圖表630。在該圖表630中，示出了與沿著時間軸632的時間(以天為單位)相對的沿著壓力軸631的平均壓力(以psia為單位)的響應(yīng)，諸如表示MBG602的第一響應(yīng)633、表示MBG 604的第二響應(yīng)634、表示MBG 606的第三響應(yīng)635以及表示父MBG 608的第四響應(yīng)636。根據(jù)這些響應(yīng)633-636，MBG的壓力維持算法維持三個MBG中的壓力。MBG 606的壓力并不徹底返回到其原始壓力，因?yàn)殛P(guān)閉了產(chǎn)出器302f并且停止了來自與MBG 606相關(guān)聯(lián)的區(qū)域的注入。
0087在圖6E中，示出了不同MBG 602-608的凈水速率的圖表640。在該圖表640中，示出了與沿著時間軸642的時間(以天為單位)相對的沿著壓力軸641的凈水速率(以STB為單位)的響應(yīng)，諸如表示MBG602的第一響應(yīng)643、表示MBG 604的第二響應(yīng)644、表示MBG 606的第三響應(yīng)645以及表示父MBG 608的第四響應(yīng)646。根據(jù)這些響應(yīng)643-646，示出了用于維持與MBG 602-606相關(guān)聯(lián)的三個區(qū)域中的壓力的不同水速率。因此，該示例進(jìn)一步論證了MBG的分層結(jié)構(gòu)(例如，儲層單元的集合、產(chǎn)出器、注入器)的價值，即增強(qiáng)井管理策略的物質(zhì)平衡和體積平衡。
監(jiān)測與控制流量 0088此外，MBG可提供其它好處，諸如監(jiān)測并控制流量。例如，由于MBG包括儲層單元集合，所以地質(zhì)體中的碳?xì)浠衔锏漠?dāng)前數(shù)量可以在任何時步中計(jì)算。也就是說，MBG為所建模的儲層系統(tǒng)追蹤累積的產(chǎn)出和注入。通過使用MBG用于物質(zhì)平衡，從一個地質(zhì)體到另一地質(zhì)體的碳?xì)浠衔锏牧鲃涌梢岳玫仁?Eq12)計(jì)算 Net_flux_out＝Orlginal_Amount-Current_Amount-Production+Injection (Eq12) 其中，Net_flux_out表示流過地質(zhì)體邊界的流體，Original_Amount是模擬開始時以摩爾為單位的成分(例如，碳?xì)浠衔?的量，Current_Amount是當(dāng)前模擬時刻以摩爾為單位的成分的量。Production是成分的產(chǎn)出量，而Injection是成分的注入量。該等式(Eq12)可以在速率或累積的基礎(chǔ)上與用于計(jì)算該量的其它方案共同使用。因此，等式(Eq12)中的量可以具有摩爾、單位時間的摩爾等單位。Net_flux_out項(xiàng)可以量化各種操作，諸如水錐進(jìn)(conning)、氣體的尖端化(cusping)、碳?xì)浠衔镆苿拥剿畬訁^(qū)、水/氣體擴(kuò)侵(encroachment)以及穿過井區(qū)(lease)邊界的碳?xì)浠衔锪鲃?。這些方面的一些示例將在下面的圖7A和7B中作進(jìn)一步討論。
0089圖7A是儲層系統(tǒng)模型700中典型的水錐進(jìn)的示例圖，而圖7B是使用MBG的儲層系統(tǒng)模型720中典型的水錐進(jìn)的示例圖。在儲層系統(tǒng)模型700和720中，井眼(如產(chǎn)出器702)為地表下的層區(qū)(subsurface zone)諸如碳?xì)浠衔飳訁^(qū)704和水層區(qū)706的流體提供流體流動路徑708。水錐進(jìn)通常發(fā)生在產(chǎn)出器中，當(dāng)產(chǎn)出速率高到足以從產(chǎn)出器702的井眼底部以下的水層區(qū)706中向上汲取水的時候，形成水錐710。產(chǎn)出器702中的壓力降低克服了地心引力，并且水被汲取進(jìn)入井眼，如圖7A所示。如果降低速率，該水錐可能會“消失”(例如，地心引力將水向下拉回水層區(qū)706內(nèi))。據(jù)此，可以為產(chǎn)出器702確定并設(shè)置速率，以便壓力降低的抬升效果與地心引力的效果保持平衡，從而使得水錐不會到達(dá)井眼的底部。要預(yù)先計(jì)算這種平衡速率是很困難的。而且儲層系統(tǒng)中的平衡速率可能隨著時間發(fā)生變化，并且其是壓力、速率、流體組成和巖石類型的函數(shù)。
0090為了管理水錐進(jìn)，可限定一MBG，諸如MBG 722，并將其用于確定不同時間的平衡速率，如圖7B所示。MBG 722的使用可以類似于上述在儲層系統(tǒng)中為維持壓力的MBG的使用。例如，過程控制原理可用于設(shè)置產(chǎn)出器702上的速率，以便利用MBG建模的儲層(例如，層區(qū)704和706)區(qū)域中水的凈流量為零或者是足夠小的數(shù)，如下面的等式(Eq13)所示
其中，誤差項(xiàng)(

)是進(jìn)入MBG區(qū)域內(nèi)的計(jì)算的水流量與用戶指定的允許的水流量之間的差，Qproducer是用于設(shè)置產(chǎn)出速率的速率，Qtmrget是期望的產(chǎn)出速率，而Kc、τ1、τd是PID控制器的用戶指定的常數(shù)。流量計(jì)算和它們的相關(guān)控制可以基于流體在特定方向或通過儲層地質(zhì)體的特定邊界的流動?？刂瓶苫诮M成，諸如油和水之間的比率。由于儲層地質(zhì)體中的組成最終是產(chǎn)出器702中的組成，所以使用產(chǎn)出器702周圍的MBG722允許基于將來的結(jié)果對井進(jìn)行調(diào)整。以這種方式，MBG可用于開發(fā)預(yù)期的井管理。
0091此外，以上描述的MBG也可被多個井使用或用于其它操作。例如，其它操作可包括氣體尖端化、將碳?xì)浠衔锿七M(jìn)水區(qū)、控制流體移進(jìn)以及移出儲層地質(zhì)體。這些操作中的每個操作類似于上述水錐進(jìn)示例，并且可以使用類似的控制進(jìn)行管理。而且，MBG還可用于為一組井設(shè)置速率，這些井包括產(chǎn)出器和/或注入器。例如，MBG可用于為一個注入器或一組注入器設(shè)置速率，其中與MBG有關(guān)的地質(zhì)體圍繞注入器。如果離開地質(zhì)體的流體的油/水比率下降到某一值以下，則用戶可以決定減少注入、關(guān)閉注入器和/或?qū)⒘黧w分配給更有利的一組注入器。
井布置 0092MBG也可用于確定井的布置。也就是說，MBG可以用于確定何時以及在哪里鉆井以及井是否應(yīng)當(dāng)是產(chǎn)出器和/或注入器。由于MBG與儲層的部分相關(guān)聯(lián)并且包括當(dāng)前井速率和過去井速率的數(shù)據(jù)，所以MBG可用于開發(fā)算法以確定井布置。例如，儲層地質(zhì)體可用于搜索滯油區(qū)。之后，可以通過將新井布置在距離其它井至少最小的距離或者通過利用特定井間距或井網(wǎng)來布置新井的方式對井位置進(jìn)行限制。這種動態(tài)的自動計(jì)算可能有助于工程師確定適當(dāng)?shù)木恢靡栽鰪?qiáng)回收。在下文中，圖8更詳細(xì)地描述了可使用MBG的建模系統(tǒng)的示例。
利用MBG建模系統(tǒng)的示例性實(shí)施例 0093作為示例性實(shí)施例，上述方法和實(shí)施例可以在建模系統(tǒng)或模擬器中實(shí)現(xiàn)，如圖8所示。圖8是具有用于建模、計(jì)算以及顯示儲層模擬的計(jì)算結(jié)果(例如，以圖形或文本形式表示的計(jì)算數(shù)據(jù)的模擬結(jié)果)的不同元件和部件的建模系統(tǒng)200的示例性實(shí)施例。該建模系統(tǒng)800可以包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)802，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)802具有處理器804、數(shù)據(jù)通信模塊806、監(jiān)測或顯示單元808以及存儲在存儲器814中的一個或多個建模程序810(例如，程序、應(yīng)用程序或一組計(jì)算機(jī)可讀指令)和數(shù)據(jù)812。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)802可以是還包括鍵盤、鼠標(biāo)或與用戶互動的其它用戶界面的常規(guī)系統(tǒng)。建模程序810可以包括被配置成執(zhí)行上述方法的代碼，而數(shù)據(jù)812可以包括上述方法中使用的壓力、流速和/或其它信息。當(dāng)然，存儲器814可以是用于存儲應(yīng)用程序的任何常規(guī)類型的計(jì)算機(jī)可讀存儲器，其可以包括硬盤驅(qū)動器、軟盤、CD-ROM以及其它光學(xué)介質(zhì)、磁帶等。
0094由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)802可與其它設(shè)備諸如客戶端設(shè)備816a-816n通信，數(shù)據(jù)通信模塊806可以被配置成通過網(wǎng)絡(luò)808與其它設(shè)備互動。例如，客戶端設(shè)備816a-816n可包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其它基于處理器的設(shè)備，基于處理器的設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)802交換數(shù)據(jù)諸如建模程序810和數(shù)據(jù)812。特別地，客戶端設(shè)備816a-816n可以與處于井位置的鉆井裝備相關(guān)聯(lián)，或者可以位于辦公大樓內(nèi)并用于對BHA設(shè)計(jì)配置進(jìn)行建模。由于這些設(shè)備可以位于不同的地理位置，諸如不同的辦公室、大樓、城市或國家，所以網(wǎng)絡(luò)818可以用來提供不同地理位置之間的通信。例如，可包括不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如路由器、轉(zhuǎn)換器、橋接器)的網(wǎng)絡(luò)818可以包括一個或多個的局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、服務(wù)器域網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)或這些不同類型網(wǎng)絡(luò)的組合。由建模系統(tǒng)800中的這些設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)818的連通性和使用對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是可以理解的。
0095要使用建模系統(tǒng)，用戶可以通過上述圖形用戶界面(GUI)與建模程序810互動。通過屏幕視圖或通過直接互動，用戶可以啟動建模程序以執(zhí)行上述方法。這樣，用戶可以與建模程序互動以構(gòu)建并執(zhí)行儲層模型的模擬。
井管理的并行處理 0096使用MBG的另一個好處在于，可以在不同系統(tǒng)上處理MBG，諸如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)802和客戶端設(shè)備816a-816n。可以理解的是，井管理的困難之一在于難以開發(fā)由計(jì)算機(jī)實(shí)施的算法，這些算法可以以并行操作的方式運(yùn)行或執(zhí)行。使用MBG提供的分層結(jié)構(gòu)，儲層模擬可以分成多個MBG，每個MBG具有其自身的井管理策略。結(jié)果，每個MBG的計(jì)算可以并行執(zhí)行以減少在串行操作中處理儲層模擬所消耗的時間。以這種方式，儲層工程師為儲層模擬的并行井管理提供自然的分解。
0097對于代碼的典型并行執(zhí)行，可能要求同步點(diǎn)。例如，在之前給定的父-子壓力維持示例中，可能在計(jì)算產(chǎn)出速率之后要求同步點(diǎn)，以允許父MBG將流體分類并分布到子MBG。
0098盡管本發(fā)明的這些技術(shù)易于受到各種更改和替換形式的影響，通過示例的方式示出了以上討論的示例性實(shí)施例。但是，還應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不應(yīng)受限于本文公開的特定實(shí)施例。實(shí)際上，本發(fā)明的這些技術(shù)是要覆蓋屬于由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的所有修改、等價物以及替換。
權(quán)利要求
1.一種對儲層系統(tǒng)進(jìn)行建模的方法，該方法包括
構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和多個井；
構(gòu)建至少一個物質(zhì)平衡分組，其中所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的一部分以及至少一種井管理算法，以追蹤所述至少一個物質(zhì)平衡分組內(nèi)的物質(zhì)平衡；
基于所述至少一個物質(zhì)平衡分組利用模擬器模擬流過所述儲層模型的流體流動；以及
報(bào)告所述模擬的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個物質(zhì)平衡分組將儲層行為與由所述至少一種井管理算法表示的井管理策略相結(jié)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中報(bào)告所述結(jié)果是以基于所述至少一個物質(zhì)平衡分組的邏輯結(jié)構(gòu)提供所述結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中模擬流過所述儲層模型的流體流動包括
至少部分地基于多個時步的所述至少一個物質(zhì)平衡分組確定所述儲層模型的邊界條件；以及
基于所述多個時步的所述邊界條件求解流體流動方程，這些方程表示通過所述儲層模型的流體流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述至少一個井管理算法響應(yīng)模擬期間流體流動速率的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述至少一個井管理算法是注采算法，其為所述至少一個物質(zhì)平衡分組指定公共參考壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定所述邊界條件包括
計(jì)算所述多個時步的一個時步開始時被指定的注入速率與所述多個時步的所述一個時步結(jié)束時被計(jì)算的產(chǎn)出速率之間的累積差；以及
將所述累積差的一部分加到在所述多個時步的另一時步開始時指定的注入速率，所述另一時步緊隨所述多個時步的所述一個時步。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定所述邊界條件包括
計(jì)算累積注采比，該比率是在儲層條件下注入流體的累積體積除以在儲層條件下產(chǎn)出流體的累積體積的結(jié)果；
基于以下等式計(jì)算所述多個時步的一個時步內(nèi)以儲層體積單位為單位的體積注入速率(Volinj，res)
Volinj，res＝(VRRtarget*Volprod，res，cum-Volinj，res，cum)/relaxation_time+VRRtarget*Volprod，res，estimated for timestep
其中，VRRtarget是目標(biāo)注采比，relaxation_time是用戶指定參數(shù)與所述多個時步的所述一個時步的大小中較大的一個，Volinj，res，cum是在儲層條件下注入流體的累積體積，Volprod，res，estimated for timestep是在所述多個時步的所述—個時步內(nèi)可注入流體的估計(jì)產(chǎn)出速率。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定所述邊界條件包括求解壓力維持算法以維持目標(biāo)平均壓力，所述目標(biāo)平均壓力引起與產(chǎn)出或注入的變化相關(guān)聯(lián)的時間延遲。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定所述邊界條件包括通過使用比例積分微分控制器來計(jì)算目標(biāo)注采比。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過以下等式動態(tài)地計(jì)算所述多個時步的一個時步的目標(biāo)注采比
VRRtarget＝1.0+Kc*(Ep+1.0/τ1*∫Epdt+τd/Δt*(Ep-Ep，old))
其中，Kc、τ1、τd是用于調(diào)整比例積分微分控制器的常數(shù)，Ep是目標(biāo)壓力減去平均壓力(Ptarget-Paverage)中的誤差，Δt是所述多個時步的所述一個時步，而∫Epdt是壓力誤差對時間的積分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括利用以下等式在前一個時步結(jié)束時為所述多個時步的所述一個時步計(jì)算∫Epdt
∫Epdt+＝(Ptarget-Paverage，beginning of TS value)*Δt
其中，Paverage，beginning of TS value是所述時步開始時的平均壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述至少一個井管理算法為所述至少一個物質(zhì)平衡分組限定至少一個約束條件，其中所述至少一個約束條件包括注入器的最大注入速率、所述至少一個物質(zhì)平衡分組的最大注入速率、最大增量壓力、最大井壓力、所述多個井之一或物質(zhì)平衡分組的最小注入速率、最小注采比、最大注采比及以上各項(xiàng)的任意組合中的一個。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括至少部分基于所述至少一個物質(zhì)平衡分組將流速分配給所述儲層模型內(nèi)的所述多個井。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所分配的流速進(jìn)一步基于井?dāng)?shù)據(jù)、井約束條件和儲層數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中向所述多個井分配流速包括向所述多個井的至少一個井分配注入速率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述多個井包括至少一個產(chǎn)出器井和至少一個注入器井；以及
向所述多個井的所述至少一個井分配注入速率包括
為所述至少一個產(chǎn)出器井計(jì)算產(chǎn)出速率；
為所述至少一個注入器井計(jì)算最大注入速率；
向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件；
向所述至少一個注入器井分配所述注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比比率；
在所述多個時步的至少一個時步中向模擬器提供所分配的注入速率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中為所述至少一個產(chǎn)出器井計(jì)算產(chǎn)出速率包括計(jì)算多個時步的一個時步開始時儲層體積產(chǎn)出速率和地表體積產(chǎn)出速率的估計(jì)值，其中所述儲層體積產(chǎn)出速率和地表體積產(chǎn)出速率和用戶指定的外部源相加并減去用戶指定的外部匯。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中為所述至少一個注入器井計(jì)算所述最大注入速率包括
當(dāng)井壓力被設(shè)置為最大井壓力、最小相關(guān)儲層塊壓力和最大增量壓力三者中的最小值時計(jì)算注入速率；
比較所計(jì)算的注入速率和用戶指定的最大注入速率；以及
選擇所計(jì)算的注入速率和所述用戶指定的最大注入速率中較低的速率。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件包括
計(jì)算滿足最小注采比的所述至少一個物質(zhì)平衡分組約束條件所要求的儲層體積；
計(jì)算以地表單位為單位的最大注入速率；以及
向所述至少一個注入器分配所述注入流體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中注入流體的分配基于根據(jù)用戶優(yōu)先級、注入能力或其任意組合中的一種對注入器的分類。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中向所述至少一個注入器井分配所述注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比包括
計(jì)算滿足目標(biāo)注采比的所述至少一個物質(zhì)平衡分組約束條件所要求的儲層體積；以及
向所述至少一個注入器分配所述注入流體。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括向所述至少一個注入器井分配比所述目標(biāo)注采比大的過量的注入流體。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括向所述至少一個注入器井分配過量的注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中構(gòu)建所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括構(gòu)建多個物質(zhì)平衡分組，其中所述多個物質(zhì)平衡分組的每一個包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的一部分和至少一種井管理算法，以提供多個物質(zhì)平衡分組的所述每一個內(nèi)的物質(zhì)平衡追蹤。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述多個物質(zhì)平衡分組的—個分組進(jìn)一步包括所述多個物質(zhì)平衡分組的至少一個物質(zhì)平衡分組。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述多個物質(zhì)平衡分組中的每個分組以所述多個物質(zhì)平衡分組之間的分層結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。
28.一種對儲層系統(tǒng)進(jìn)行建模的方法，其包括
構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和至少一個注入器井以及至少一個產(chǎn)出器井；
為所述至少一個產(chǎn)出器井計(jì)算產(chǎn)出速率；
為所述至少一個注入器井計(jì)算最大注入速率；
向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件；
向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到目標(biāo)注采比；
基于所分配的注入速率模擬流體流過所述儲層模型；以及
報(bào)告所述模擬的結(jié)果。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中為所述至少一個產(chǎn)出器井計(jì)算產(chǎn)出速率包括計(jì)算多個時步的一個時步開始時儲層體積產(chǎn)出速率和地表體積產(chǎn)出速率的估計(jì)值，其中所述儲層體積產(chǎn)出速率和地表體積產(chǎn)出速率和用戶指定的外部源相加并減去用戶指定的外部匯。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中為所述至少一個注入器井計(jì)算所述最大注入速率包括
當(dāng)井壓力被設(shè)置為最大井壓力、最小相關(guān)儲層塊壓力、最大增量壓力三者之間的最小值時計(jì)算注入速率；
比較所計(jì)算的注入速率與用戶指定的最大注入速率；以及
選擇所計(jì)算的注入速率和所述用戶指定的最大注入速率中較低的速率。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件包括
計(jì)算滿足最小注采比的所述至少一個物質(zhì)平衡分組約束條件所要求的儲層體積；
計(jì)算以地表單位為單位的最大注入速率；以及
向所述至少一個注入器分配所述注入流體。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中注入流體的所述分配基于根據(jù)用戶優(yōu)先級、注入能力或其任意組合中的一種對注入器的分類。
33.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中向所述至少一個注入器井分配所述注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比包括
計(jì)算滿足目標(biāo)注采比的所述至少一個物質(zhì)平衡分組約束條件所要求的儲層體積；以及
向所述至少一個注入器分配所述注入流體。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括向所述至少一個注入器井分配大于所述目標(biāo)注采比的過量的注入流體。
35.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括向所述至少一個注入器井分配過量的注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比。
36.一種對儲層系統(tǒng)進(jìn)行建模的方法，該方法包括
構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和至少一個注入器井和至少一個產(chǎn)出器井；
將所述儲層的一部分與物質(zhì)平衡分組關(guān)聯(lián)；
將一個或多個井的一部分與所述物質(zhì)平衡分組關(guān)聯(lián)；
為所述物質(zhì)平衡分組指定至少一種井管理算法；
在所述儲層模型的模擬中使用所述物質(zhì)平衡分組；以及
報(bào)告所述模擬的結(jié)果。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述物質(zhì)平衡分組將儲層行為與由所述至少一種井管理算法表示的井管理策略相結(jié)合。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中報(bào)告所述結(jié)果是以基于所述物質(zhì)平衡分組的邏輯結(jié)構(gòu)提供所述結(jié)果。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中模擬流過所述儲層模型的流體流動包括
在多個時步內(nèi)至少部分基于所述物質(zhì)平衡分組確定所述儲層模型的邊界條件；以及
在所述多個時步內(nèi)基于所述邊界條件求解表示流體流過所述儲層模型的流體流動方程。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述至少一種井管理算法是注采算法，其為所述至少一個物質(zhì)平衡分組指定公共參考壓力。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中確定所述邊界條件包括
計(jì)算所述多個時步的一個時步開始時所指定的注入速率與所述多個時步的所述一個時步結(jié)束時所計(jì)算的產(chǎn)出速率之間的累積差；
將所述累積差的一部分和在所述多個時步的另一個時步開始時指定的注入速率相加，所述另一個時步緊隨所述多個時步的所述一個時步。
42.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中確定所述邊界條件包括
計(jì)算累積注采比，所述累積注采比是在儲層條件下注入流體的累積體積除以在儲層條件下產(chǎn)出流體的累積體積的結(jié)果；
基于以下等式計(jì)算所述多個時步的一個時步內(nèi)以儲層體積單位為單位的體積注入速率(Volinj，res)
Volinj，res＝(VRRtarget*Volprod，res，cum-Volinj，res，cum)/relaxation_time+VRRmax*
Volprod，res，estimated for timestep
其中，VRRtarget是目標(biāo)注采比，relaxation_time是用戶指定參數(shù)和所述多個時步的所述一個時步的大小中較大的一個，Volinj，res cum是在儲層條件下注入流體的累積體積，而Volprod，res，estimated for timestep是在所述多個時步的所述一個時步內(nèi)可注入流體的估計(jì)產(chǎn)出速率。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中確定所述邊界條件包括求解壓力維持算法以維持目標(biāo)平均壓力，所述目標(biāo)平均壓力引起與產(chǎn)出或注入的變化相關(guān)聯(lián)的時間延遲。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中確定所述邊界條件包括通過使用比例積分微分控制器來計(jì)算目標(biāo)注采比。
45.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中可通過以下等式動態(tài)計(jì)算所述多個時步的一個時步的所述目標(biāo)注采比
VRRtarget＝1.0+Kc*(Ep+1.0/τ1*∫Epdt+τd/Δt*(Ep-Ep，old))
其中，Kc、τ1、τd是用于調(diào)整比例積分微分控制器常數(shù)，Ep是目標(biāo)壓力減去平均壓力(Ptarget-Paverage)中的誤差，Δt是所述多個時步的所述一個時步，而∫Epdt是壓力誤差對時間的積分。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括利用以下等式在前一個時步結(jié)束時為所述多個時步的所述一個時步計(jì)算∫Epdt
∫Epdt+＝(Ptarget-Paverage，beginning of TS value)*Δt
其中，Paverage，beginning of TS value是所述時步開始時的平均壓力。
47.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述至少一種井管理算法限定所述至少一個物質(zhì)平衡分組的至少一個約束條件。
48.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述至少一個約束條件包括注入器的最大注入速率、所述至少一個物質(zhì)平衡分組的最大注入速率、最大增量壓力、最大井壓力、所述多個井之一或物質(zhì)平衡分組的最小注入速率、最小注采比、最大注采比及以上各項(xiàng)的任意組合中的一個。
49.一種產(chǎn)出碳?xì)浠衔锏姆椒ǎ摲椒ò?br> 獲得模擬結(jié)果，其中所述模擬結(jié)果基于儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和多個井；并基于至少一個物質(zhì)平衡分組，其中所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的一部分和至少一種井管理算法，以提供在所述至少一個物質(zhì)平衡分組內(nèi)的物質(zhì)平衡追蹤；
基于所述結(jié)果操作所述儲層系統(tǒng)；以及
從所述儲層系統(tǒng)產(chǎn)出碳?xì)浠衔铩?br> 50.一種包含可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述可執(zhí)行指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行模擬流體在儲層模型中流動的操作，所述操作包括
構(gòu)造儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和多個井；
構(gòu)造至少一個物質(zhì)平衡分組，其中所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的一部分以及至少一種井管理算法，以提供在所述至少一種物質(zhì)平衡分組內(nèi)的物質(zhì)平衡追蹤。
基于所述至少一個物質(zhì)平衡分組利用模擬器模擬流過所述儲層模型的流體流動；以及
報(bào)告所述模擬的結(jié)果。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中所述至少一種物質(zhì)平衡分組將儲層行為與由所述至少一種井管理算法表示的井管理策略相結(jié)合。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中模擬流過所述儲層模型的流體流動包括
至少部分地基于多個時步的所述至少一個物質(zhì)平衡分組確定所述儲層模型的邊界條件；以及
基于所述多個時步的所述邊界條件求解流體流動方程，這些方程表示通過所述儲層模型的流體流動。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中所述至少一種井管理算法是注采算法，其為所述至少一個物質(zhì)平衡分組指定公共參考壓力。
54.根據(jù)權(quán)利要求52所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中確定所述邊界條件包括
計(jì)算所述多個時步的一個時步開始時所指定的注入速率與所述多個時步的所述一個時步結(jié)束時所計(jì)算的產(chǎn)出速率之間的累積差；以及
將所述累積差的一部分加到在所述多個時步的另一時步開始時指定的注入速率，所述另一時步緊隨所述多個時步的所述一個時步。
55.根據(jù)權(quán)利要求52所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中確定所述邊界條件包括求解壓力維持算法以維持目標(biāo)平均壓力，所述目標(biāo)平均壓力引起與產(chǎn)出或注入的變化相關(guān)的時間延遲。
56.根據(jù)權(quán)利要求52所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中確定所述邊界條件包括通過使用比例積分微分控制器來計(jì)算目標(biāo)注采比。
57.根據(jù)權(quán)利要求52所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，進(jìn)一步包括至少部分基于所述至少一個物質(zhì)平衡分組將流速分配給所述儲層模型內(nèi)的所述多個井。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中向所述多個井分配流速包括向所述多個井的至少一個井分配注入速率。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中所述多個井包括至少一個產(chǎn)出器井和至少一個注入器井；以及
向所述多個井的所述至少一個井分配注入速率包括
為所述至少一個產(chǎn)出器井計(jì)算產(chǎn)出速率；
為所述至少一個注入器井計(jì)算最大注入速率；
向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件；
向所述至少一個注入器井分配所述注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比；
在至少所述多個時步的至少一個時步中向模擬器提供所分配的注入速率。
60.根據(jù)權(quán)利要求52所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中構(gòu)建所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括構(gòu)建多個物質(zhì)平衡分組，其中所述多個物質(zhì)平衡分組的每一個包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的—部分和至少一種井管理算法，以提供多個物質(zhì)平衡分組的所述每一個內(nèi)的物質(zhì)平衡追蹤。
61.一種包含可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述可執(zhí)行指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行模擬流體在儲層模型中流動的操作，所述操作包括
構(gòu)造儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和至少一個注入器井以及至少一個產(chǎn)出器井；
為所述至少一個產(chǎn)出器井計(jì)算產(chǎn)出速率；
為所述至少一個注入器井計(jì)算最大注入速率；
向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件；
向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比；
基于所分配的注入速率模擬流過所述儲層模型的流體流動；以及
報(bào)告所述模擬的結(jié)果。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中為所述至少一個產(chǎn)出器井計(jì)算產(chǎn)出速率包括計(jì)算多個時步中的一個時步開始時儲層體積產(chǎn)出速率和地表體積產(chǎn)出速率的估計(jì)值，其中所述儲層體積產(chǎn)出速率和地表體積產(chǎn)出速率和用戶指定的外部源相加并減去用戶指定的外部匯。
63.根據(jù)權(quán)利要求61所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中為所述至少一個注入器井計(jì)算所述最大注入速率包括
當(dāng)井壓力被設(shè)置為最大井壓力、最小相關(guān)儲層塊壓力、最大增量壓力三者之間的最小值時計(jì)算注入速率；
比較所計(jì)算的注入速率與用戶指定的最大注入速率；以及
選擇所計(jì)算的注入速率和所述用戶指定的最大注入速率中較低的速率。
64.根據(jù)權(quán)利要求61所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中向所述至少一個注入器井分配注入流體直至達(dá)到最小速率約束條件包括
計(jì)算滿足最小注采比的所述至少一個物質(zhì)平衡分組約束條件所要求的儲層體積；
計(jì)算以地表單位為單位的最大注入速率；以及
向所述至少一個注入器分配所述注入流體。
65.根據(jù)權(quán)利要求61所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其中向所述至少一個注入器井分配所述注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比包括
計(jì)算滿足目標(biāo)注采比的所述至少一個物質(zhì)平衡分組約束條件所要求的儲層體積；以及
向所述至少一個注入器分配所述注入流體。
66.根據(jù)權(quán)利要求61所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，進(jìn)一步包括向所述至少一個注入器井分配比所述目標(biāo)注采比大的過量的注入流體。
67.根據(jù)權(quán)利要求61所述的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，進(jìn)一步包括向所述至少一個注入器井分配過量的注入流體直至達(dá)到所述目標(biāo)注采比。
68.一種包含可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述可執(zhí)行指令在被處理器執(zhí)行時執(zhí)行模擬流體在儲層模型中流動的操作，所述操作包括
構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和至少一個注入器井以及至少一個產(chǎn)生器井；
將所述儲層的一部分與物質(zhì)平衡分組關(guān)聯(lián)；
將一個或多個井的一部分與所述物質(zhì)平衡分組關(guān)聯(lián)；
為所述物質(zhì)平衡分組指定至少一種井管理算法；
在所述儲層模型的模擬中使用所述物質(zhì)平衡分組；以及
報(bào)告所述模擬的結(jié)果。
69.一種對儲層系統(tǒng)進(jìn)行建模的方法，包括
構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型，其中所述儲層模型包括儲層和多個井；
構(gòu)建至少一個物質(zhì)平衡分組，其中所述至少一個物質(zhì)平衡分組包括所述多個井的至少一個井的一部分、所述儲層的一部分以及至少一種井管理算法；
基于所述至少一個物質(zhì)平衡分組利用模擬器模擬流過所述儲層模型的流體流動；
追蹤使用所述至少一個物質(zhì)平衡分組的模擬內(nèi)的物質(zhì)平衡；以及
報(bào)告所述模擬的結(jié)果。
全文摘要
描述了一種對儲層系統(tǒng)建模的方法和系統(tǒng)。該方法包括構(gòu)建儲層系統(tǒng)的儲層模型。該儲層模型包括儲層和多個井。同時，構(gòu)建一個或多個物質(zhì)平衡分組，其中每個物質(zhì)平衡分組包括多個井中至少一個井的一部分、儲層的一部分以及至少一種井管理算法，以追蹤各個物質(zhì)平衡分組內(nèi)的物質(zhì)平衡。之后，基于物質(zhì)平衡分組利用一模擬器模擬穿過儲層模型的流體流動并報(bào)告結(jié)果。
文檔編號G06F7/48GK101548264SQ200780040821
公開日2009年9月30日 申請日期2007年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者J·E·戴維森 申請人:?？松梨谏嫌窝芯抗?br>