用于估計生產(chǎn)井位置處的流體突破時間的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于基于流體傳播模擬估計生產(chǎn)井位置處的流體突破時間的系統(tǒng)和方法。
【專利說明】用于估計生產(chǎn)井位置處的流體突破時間的系統(tǒng)和方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 無。
[0003] 有關聯(lián)邦資助研究的聲明
[0004] 不適用。

【技術領域】
[0005] 本發(fā)明一般性涉及估計生產(chǎn)井位置處的流體突破時間。更具體地，本發(fā)明涉及基 于流體傳播模擬（fluid propagation simulation)估計生產(chǎn)井位置處的流體突破時間。

【背景技術】
[0006] 已知用于估計生產(chǎn)井位置處的流體突破時間的各種系統(tǒng)和方法，包括歷史擬合 (history matching，HM)。歷史擬合（HM)是改變儲層模擬模型以再現(xiàn)動力場響應的系統(tǒng)流 程。在HM應用中以及將儲層模型適應于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的過程中，主要目標是：a)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集成 到儲層模型中；b)靈活性、成本效益和計算效率；以及c)動態(tài)數(shù)據(jù)的充分利用。
[0007] 在過去十年中，HM技術發(fā)生了巨大演變并獲得了極大的認可，且從大部分以地層 學方法作基礎的傳統(tǒng)（即人工的、確定性的）途徑擴展到了新的發(fā)展，比如概率性的、基于 流線的HM、基于靈敏度/梯度的實驗性設計。
[0008] HM工作流主要地將單個生產(chǎn)井處測量的流體（如油或水）動態(tài)響應和模擬的流體 (如油或水）動態(tài)響應之間的錯配（misfit)的最小化考慮作為反演（inversion)主要目標 之一。在注水法（water-flooding)強化采油（Enhanced Oil Recovery,E0R)研究中，例如， 響應錯配表示具有以下兩個主要屬性的微分或累積含水率曲線：1)流體突破時間；以及2) 響應的趨勢和形狀。盡管這兩個屬性都表示錯配最小化過程中的重要變量，然而是流體突 破時間對井生產(chǎn)的經(jīng)濟性產(chǎn)生最大影響。此外，流體突破的間隔（即時間表）總是帶有不 確定性，這使得最高置信度估計的努力成為可能，甚至更加相關。事實上，在動態(tài)井數(shù)據(jù)的 HM中將突破時間考慮作為一階效應（first-order effect)以及將曲線趨勢/形狀中的變化 考慮作為二階效應是良好的實踐，因為它們主要地影響了作業(yè)條件。
[0009] 盡管HM技術取得了進步，然而，到目前為止，模型建立/模擬研究和HM工作流最 耗時的方案仍面臨許多困難，這包括：
[0010] i)生產(chǎn)響應與儲層參數(shù)之間的非線性結果；
[0011] ii)非唯一解決方案，其要求對一些表面上的"唯一"的定義；
[0012] iii)關鍵參數(shù)的相對影響可能不明顯；
[0013] iv)約束不受限制，并且很少知道變量中的不確定性；以及 [0014] V)生產(chǎn)數(shù)據(jù)可能嘈雜且自身有偏差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 因此，通過提供用于基于流體傳播模擬估計生產(chǎn)井位置處的流體突破時間的系統(tǒng) 和方法，本發(fā)明滿足上述需要并克服了現(xiàn)有技術中的一個或多個缺陷。
[0016] 在一個實施例中，本發(fā)明包括一種用于基于流體傳播模擬數(shù)據(jù)估計生產(chǎn)井處的流 體突破時間的方法，該方法包括：i)識別流線追蹤數(shù)據(jù)；ii)基于流線追蹤數(shù)據(jù)計算每一個 網(wǎng)格單元中的平均流線行進時間；iii)使用每一個網(wǎng)格單元中的平均流線行進時間識別 生產(chǎn)井的最短或最快的流線；iv)使用計算機處理器計算每一個橫貫的網(wǎng)格單元上最短或 最快的流線的平均飛行時間（time-of-f light);以及v)使用流體傳播模擬數(shù)據(jù)以及最短 或最快流線的平均飛行時間來估計生產(chǎn)井處的流體突破時間。
[0017] 在另一個實施例中，本發(fā)明包括一種有形地承載計算機可執(zhí)行指令的非瞬態(tài)程序 載體裝置，用于估計生產(chǎn)井處的流體突破時間。該指令可被執(zhí)行以實施：i)識別流線追蹤 數(shù)據(jù)；ii)基于流線追蹤數(shù)據(jù)計算每一個網(wǎng)格單元中的平均流線行進時間；iii)使用每一 個網(wǎng)格單元中的平均流線行進時間識別生產(chǎn)井的最短或最快的流線； iv)使用計算機處理 器計算每一個橫貫的網(wǎng)格單元上最短或最快的流線的平均飛行時間；以及V)使用流體傳 播模擬數(shù)據(jù)以及最短或最快流線的平均飛行時間來估計生產(chǎn)井處的流體突破時間。
[0018] 通過各個實施例及相關附圖的以下說明，本發(fā)明的其它方面、優(yōu)點以及實施例將 變得對本領域技術人員顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 下文參考附圖描述本發(fā)明，其中類似的元件引用類似的附圖標記，并且其中：
[0020] 圖1為示出用于實施本發(fā)明的方法的一個實施例的流程圖。
[0021] 圖2A示出通過寬砂袋（sand pocket)傳播的流體的速度和方向。
[0022] 圖2B示出通過窄砂袋傳播的流體的速度和方向。
[0023] 圖3示出在模擬的初始階段通過相模型的砂粒粒組（sand fraction)傳播的流體 的示例。
[0024] 圖4A示出具有2500個網(wǎng)格單元（50x50)以及5點井網(wǎng)（1個注射井⑴和4個 生產(chǎn)井（Pi-P 4))的合成2D滲透率模型。
[0025] 圖4B依據(jù)模擬運行的迭代的數(shù)量（2500)，示出從注射井（I)通過圖4A中的2D滲 透率模型傳播的流體的模擬。
[0026] 圖5示出圖4B中的5點井網(wǎng)中的可能的流線分布。
[0027] 圖6示出2D滲透率模型的給定網(wǎng)格單元（i、j、k)內(nèi)沿著流線弧長的流線行進時 間。
[0028] 圖7A示出圖4A中的生產(chǎn)井Pi的觀察的（測量的）含水率曲線。
[0029] 圖7B示出圖4A中的生產(chǎn)井P2的觀察的（測量的）含水率曲線。
[0030] 圖7C示出圖4A中的生產(chǎn)井P3的觀察的（測量的）含水率曲線。
[0031] 圖7D示出圖4A中的生產(chǎn)井P4的觀察的（測量的）含水率曲線。
[0032] 圖8為示出用于實施本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例的方框圖。

【具體實施方式】
[0033] 雖然具體地描述本發(fā)明的主題，然而，說明書本身不意欲限制本發(fā)明的范圍。因 此，該主題還可與其它當前和未來技術相配合而以其它方式被具體實施為包括不同步驟或 與本文所描述的那些相類似的步驟的組合。此外，盡管這里可以使用術語"步驟"以描述所 采用的方法的不同要素，但是該術語不應該被解釋為在本文公開的各種步驟之中或之間暗 含了任何特定的順序，除非說明書明確限定具有特定順序。盡管本發(fā)明可以被應用于油氣 工業(yè)，然而本發(fā)明不限于此，而是還可以應用到其他工業(yè)來達到類似的結果。
[0034] 本發(fā)明包括用于基于流體傳播的模擬估計生產(chǎn)井位置處的流體突破時間的系統(tǒng) 和方法。本發(fā)明包括流體傳播模擬，該流體傳播模擬通常是靜態(tài)的并且顯現(xiàn)使在注射井 (多個）注射的流體到達生產(chǎn)井（多個）的侵入時間（多個）。模擬給予對相建模（facies modeling)的充分考慮，其通過直接地用相分布約束模擬保持對地質(zhì)模型的沉積連續(xù)性的 控制。該模擬還保持流體前緣傳播（fluid front propogation)的隨機性。盡管有模擬的 靜態(tài)性，仍通過使用均勻分布來執(zhí)行移動流體前緣的隨機取樣。
[0035] 本發(fā)明將流體侵入時間（多個）（由迭代的單元中的模擬給出的）轉換成與井生 產(chǎn)歷史兼容的物理時間域（按天、星期、月……給出的）。因此，本發(fā)明以快速且有成本效 益的方式提供對有價值的井生產(chǎn)參數(shù)的迅速估計的新可能性。例如，能夠在展開充分反演 之前實現(xiàn)對與單個儲層模型相關的流體突破時間（多個）快速且準確的估計。這種估計將 在井閥動力學（well valve dynamics)方面給井操作員提供有價值的信息，尤其在油和水 /天然氣生產(chǎn)的管理產(chǎn)生實質(zhì)性的經(jīng)濟影響的水注/氣注E0R項目中。
[0036] 為了實現(xiàn)對流體突破時間（TBT)的快速估計，本發(fā)明使用流線追蹤和相關的飛行 時間（Time-0f-Flight，"T0F"）與模擬的結合。因此，本發(fā)明使遵循模擬運行的流體突破 時間的快速逼近和在儲層模型的流線靈敏度協(xié)助的自動歷史擬合（"AHM"）的過程中的流 線追蹤的一個迭代成為可能。
[0037] 方法說明
[0038] 現(xiàn)在參照圖1，流程圖示出用于實施本發(fā)明的方法100的一個實施例。
[0039] 在步驟102中，進行流體傳播模擬（"FPS"）。用于進行FPS的一種技術基于由 D. Renard開發(fā)的RGeoS軟件包中的算法。FPS算法模擬在注射井和/或生產(chǎn)井處已知的 數(shù)個流體的分布，其以規(guī)則格網(wǎng)的多個結點處已知的相信息為條件并且傾向于使在多個井 (如注射井）相遇的流體空間地增長或擴大。增長的速度和方向取決于能夠被填充的砂袋 的尺寸。在圖2中，例如，示出了通過寬砂袋（圖2A)和窄砂袋（圖2B)傳播的流體的真實 速度和方向。袋206、208越大，增長越快。在FPS算法中利用了速度向量202、204。FPS算 法被設計成使用Eden模擬技術進行數(shù)字變量的一個模擬。該技術為多相流體流動模擬程 序提供更快的可選擇解決方案。該技術結合了雙重介質(zhì)"黑色和白色"示例，其中白色表示 砂，而黑色表示具有一個或多個注射井和一個或多個生產(chǎn)井的頁巖，如圖3所示。在該示例 中，示出了砂相（sand facies)302、304、306以及兩個注射井307、308的位置。
[0040] 現(xiàn)在參照圖4A，示出了具有2500個網(wǎng)格單元（50x50)和5點井網(wǎng)（1個注射井（I) 和 4個生產(chǎn)井（Ρι-Ρ4))的合成2D滲透率模型。FPS算法被執(zhí)行2500個迭代，因為每個迭 代填充該模型的一個單元。在圖4B中，依據(jù)模擬運行的迭代（2500)的數(shù)量，示出了從注射 井（I)通過圖4A中的2D滲透率模型傳播的流體的模擬。在圖5中，示出了圖4B中的5點 井網(wǎng)中一個可能的流線分布。
[0041] 為了在含水率曲線的AHM反演中將FPS算法實施作為對流體突破時間的迅速代理 (proxy)估計，流體侵入時間（多個）到物理時間域（多個）的轉換必須用以下主要假定進 行考慮：
[0042] i)流線T0F表示決定性標準化因數(shù)；
[0043] ii)追蹤來自生產(chǎn)井（多個）的T0F表示泄油體積（drainage volume);以及
[0044] iii)追蹤來自注射井的流體給出波及體積（swept volume)的評估。
[0045] 對于生產(chǎn)井中的流體突破時間的估計，假設使用本領域任何熟知的技術為給定儲 層模型完成以下計算，以基于流體壓力和速度的正演（forward)模擬追蹤流線：a)流體侵 入時間的計算（即步驟102);以及b)流線追蹤和T0F計算的第一個迭代（即步驟106)。 這些計算將提供a)從模擬迭代的數(shù)量給定的FPS算法的流體侵入時間（假設每一網(wǎng)格單 元1個迭代）；以及b)橫貫坐標為（i，j，k)的任何儲層模型網(wǎng)格單元的流線的總數(shù)量。
[0046] 在步驟104中，識別步驟102中的FPS數(shù)據(jù)結果，F(xiàn)PS數(shù)據(jù)結果包括流體通過表示 儲層性質(zhì)模型的一個或多個網(wǎng)格單元從注射井到達任何生產(chǎn)井（P m)需要的模擬迭代的數(shù) 量給出的流體侵入時間。
[0047] 在步驟106中，使用任何熟知的技術來識別流線追蹤數(shù)據(jù)，該流線追蹤數(shù)據(jù)包括 橫貫每一個網(wǎng)格單元的流線段的數(shù)量（n sm)、每一個網(wǎng)格單元中的每一個流線段（Mi )的 行進時間、網(wǎng)格單元指數(shù)（indices)以及由連接注射井與生產(chǎn)井的所有流線橫貫的 網(wǎng)格單元的總數(shù)量?，F(xiàn)在參照圖6,示出了 2D滲透率模型的給定網(wǎng)格單元內(nèi)沿著流線弧長 的流線行進時間。指數(shù)（η)和（m)分別運行在每一個網(wǎng)格單元中的所有流線段以及所有生 產(chǎn)井上（n= [l..NSM]和m= [l..Np])?？梢酝ㄟ^使用以下公式沿著每一個流線軌跡集成 流線追蹤器的"慢度（slowness) "來計算每一個網(wǎng)格單元中的流線段的行進時間:
[0048]

【權利要求】
1. 一種用于基于流體傳播模擬數(shù)據(jù)估計生產(chǎn)井處的流體突破時間的方法，包括： 識別流線追蹤數(shù)據(jù)； 基于所述流線追蹤數(shù)據(jù)計算每一個網(wǎng)格單元中的平均流線行進時間； 使用每一個網(wǎng)格單元中的所述平均流線行進時間識別所述生產(chǎn)井的最短或最快的流 線. 使用計算機處理器計算所述最短或最快的流線在每一個橫貫的網(wǎng)格單元上的平均飛 行時間；以及 使用所述流體傳播模擬數(shù)據(jù)和所述最短或最快流線的所述平均飛行時間估計所述生 產(chǎn)井處的所述流體突破時間。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述流體傳播模擬數(shù)據(jù)包括由流體通過表示儲層 性質(zhì)模型的一個或多個網(wǎng)格單元從注射井到達所述生產(chǎn)井需要的模擬迭代的數(shù)量表示的 流體侵入時間。
3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述流線追蹤數(shù)據(jù)包括橫貫每一個網(wǎng)格單元的流 線段的數(shù)量、每一個網(wǎng)格單元中的每一個流線段的行進時間、每一個網(wǎng)格單元的指數(shù)以及 由連接注射井與生產(chǎn)井的所有流線橫貫的網(wǎng)格單元的總數(shù)量。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中每一個網(wǎng)格單元中的所述平均流線行進時間通過 以下公式來計算：
其中（NSM)表示橫貫每一個（))網(wǎng)格單元的流線段的數(shù)量，并且表示每一個網(wǎng) 格單元中的每一個流線段的所述行進時間。
5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述生產(chǎn)井的所述最短或最快的流線表示多個網(wǎng) 格單元中平均流線行進時間之和最小的流線，所述流線橫貫在注射井和所述生產(chǎn)井之間。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中使用所述最短或最快流線的平均流線行進時間的 最小之和以及由所述最短或最快流線橫貫的網(wǎng)格單元的總數(shù)量計算所述最短或最快流線 在每一個橫貫的網(wǎng)格單元上的所述平均飛行時間。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中所述最短或最快流線的所述平均飛行時間通過以 下公式來計算：
其中（#:° )表示由所述最短或最快流線橫貫的所有網(wǎng)格單元的總數(shù)量，表示 所述最短或最快流線的平均流線行進時間的最小之和以及（u)表示由所述最短或最快流 線橫貫的網(wǎng)格單元的所有指數(shù)上運行的數(shù)量。
8. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中所述生產(chǎn)井處的所述流體突破時間通過以下公式 來估計：
其中（Nxyz)和（Np)分別表示所述儲層性質(zhì)模型的總尺寸和生產(chǎn)井的總數(shù)量，（<TOF> min) 表示所述最短或最快流線的所述平均飛行時間，（4)表示由連接注射井與所述生產(chǎn)井 的所有流線橫貫的網(wǎng)格單元的總數(shù)量以及（)表示所述流體侵入時間。
9. 根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括為每一個生產(chǎn)井重復權利要求1中的所述步驟。
10. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述儲層性質(zhì)模型是滲透率模型。
11. 一種有形地承載計算機可執(zhí)行指令的非瞬態(tài)程序載體裝置，用于基于流體傳播模 擬數(shù)據(jù)估計生產(chǎn)井處的流體突破時間，所述指令可被執(zhí)行以實施： 識別流線追蹤數(shù)據(jù)； 基于所述流線追蹤數(shù)據(jù)計算每一個網(wǎng)格單元中的平均流線行進時間； 使用每一個網(wǎng)格單元中的所述平均流線行進時間識別所述生產(chǎn)井的最短或最快的流 線. 計算所述最短或最快流線在每一個橫貫的網(wǎng)格單元上的平均飛行時間；以及 使用所述流體傳播模擬數(shù)據(jù)和所述最短或最快流線的所述平均飛行時間估計所述生 產(chǎn)井處的所述流體突破時間。
12. 根據(jù)權利要求11所述的程序載體裝置，其中所述流體傳播模擬數(shù)據(jù)包括由流體通 過表示儲層性質(zhì)模型的一個或多個網(wǎng)格單元從注射井到達所述生產(chǎn)井需要的模擬迭代的 數(shù)量表示的流體侵入時間。
13. 根據(jù)權利要求11所述的程序載體裝置，其中所述流線追蹤數(shù)據(jù)包括橫貫每一個網(wǎng) 格單元的流線段的數(shù)量、每一個網(wǎng)格單元中的每一個流線段的行進時間、每一個網(wǎng)格單元 的指數(shù)以及由連接注射井與生產(chǎn)井的所有流線橫貫的網(wǎng)格單元的總數(shù)量。
14. 根據(jù)權利要求13所述的程序載體裝置，其中每一個網(wǎng)格單元中的所述平均流線行 進時間通過以下公式來計算：
其中是橫貫每一個網(wǎng)格單元的流線段的數(shù)量并且表示每一個網(wǎng)格 單元中的每一個流線段的所述行進時間。
15. 根據(jù)權利要求11所述的程序載體裝置，其中所述生產(chǎn)井的所述最短或最快流線表 示多個網(wǎng)格單元中平均流線行進時間之和最小的流線，所述流線橫貫在注射井和所述生產(chǎn) 井之間。
16. 根據(jù)權利要求15所述的程序載體裝置，其中使用所述最短或最快流線的平均流線 行進時間的最小之和以及由所述最短或最快流線橫貫的網(wǎng)格單元的總數(shù)量計算所述最短 或最快流線在每一個橫貫的網(wǎng)格單元上的所述平均飛行時間。
17. 根據(jù)權利要求16所述的程序載體裝置，其中所述最短或最快流線的所述平均飛行 時間通過以下公式來計算：
其中（t：!)表示由所述最短或最快流線橫貫的所有網(wǎng)格單元的總數(shù)量，表示 所述最短或最快流線的平均流線行進時間的最小之和以及（U)表示由所述最短或最快流 線橫貫的網(wǎng)格單元的所有指數(shù)上的運行的數(shù)量。
18. 根據(jù)權利要求12所述的程序載體裝置，其中所述生產(chǎn)井處的所述流體突破時間通 過以下公式來估計：
其中（Nxyz)和（Np)分別表示所述儲層性質(zhì)模型的總尺寸和生產(chǎn)井的總數(shù)量，（<TOF> min) 表示所述最短或最快流線的所述平均飛行時間，（)表示由連接注射井與所述生產(chǎn)井 的所有流線橫貫的網(wǎng)格單元的總數(shù)量以及表示所述流體侵入時間。
19. 根據(jù)權利要求11所述的程序載體裝置，還包括為每一個生產(chǎn)井重復權利要求1中 的所述步驟。
20. 根據(jù)權利要求11所述的程序載體裝置，其中所述儲層性質(zhì)模型是滲透率模型。
【文檔編號】G06G7/48GK104067290SQ201280068076
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年2月10日 優(yōu)先權日:2012年2月10日
【發(fā)明者】馬奧斯·馬克 申請人:蘭德馬克繪圖國際公司