专利名称：：油气田规模生产优化的方法
技术领域：
：本发明一般涉及用于控制油气田的碳氢化合物生产的方法，而且更特别地涉及用于通过增加井之中的流体流量分配来优化生产的方法。
背景技术：
：已知试图优化或增加来自包含一个或多个地下储层的油气田的生产流体(包括碳氢化合物)的产量的油气田规模优化。井或井眼用地面设备连接储层，该地面设备收集和处理所捕获的生产流体。典型地，这些生产流体包括油、气、水的组分。节流器或流量控制装置用于调节井场中的井眼之中的流量分配。可以通过调节节流器来控制单个井眼的油、气、水的不同组分的相对生产量和生产比以便改变井眼中的压力。需要地面设备来生产和处理生产流体。这些设备可包括比如分离器、泵、储罐、压缩机等的装置。理想地，通过使用尽可能最小的且最便宜的地面设备来最小化这些设备的资本支出。然而，流体处理能力应该足够大以便不过度限制经济需要的油和/或气的生产流量。因此，井眼中流体流的分配理想地被优化成最大化金钱回收，同时满足比如由地面设备的流体处理能力所施加的生产约束。优化技术用于以给定的一组生产约束来预测井眼中的流体流的最佳分配。首先，储层模拟器用于数学模拟贯穿包括储层和井眼的油气田的流体流。模拟流用于建立每个井眼的组分流量曲线或流量方程，其描述一种组分(比如水)的流量与另一种组分(例如油)的流量如何相关。典型地，建立设法最优化比如最大化油生产或最小化水生产的目标的目标函数。目标函数合并来自被储层模拟所预测的井眼的流量。指定一组生产约束，比如油气田的油生产目标或者气或水的生产限制。形成约束方程以满足这些生产约束。井眼之中的流体流必须依附这些生产约束。然后目标函数由被称为优化程序器的子程序优化以便确定井眼之中的流量的最佳分配。优化程序器在优化过程中利用井眼组分流量方程和约束方程。典型的油气田规模优化设计的第一个缺点是优化的可行解不可能用于指定的生产约束。例如，可能需要某一水平的油产量，但不能生产多于指定量的水。带有该组约束的目标函数的可行解是不可能的。在这种场合下，必须调整一个或多个约束，并且再次运行储层模拟器和优化程序器以便确定可行解是可能的时候。在处理目标函数的大量优化中运行的迭代是计算集约的(intensive)而且不合需要。一些优化设计中的第二个问题是虽然可获得目标函数优化的可行解，然而其结果可能是不实用的。例如，在第一次运行或时间步长中，优化程序器可确定第一井眼应该高水平生产而第二井眼基本上关闭。在下一个时间步长中，优化程序器可提示第二井眼高水平生产而第一井眼基本上关闭。所以，如果跟随来自优化程序器所提示的分配，井眼的生产可能振荡。通常，如果来自具有相似流体流动性的井眼的生产处于一致的水平，则其更实用。在时间步长期间，这将最小化来自相关井眼的生产中的振荡。第三个缺点是生成井眼流体生产的组分流量曲线或方程可以是计算集约的。计算这些流量曲线的一种方法是当节流器被打开并且储层和井眼之间的压降(pressuredrawdown)增加时，建立井眼和周围储层的子模型并迭代处理组分(例如油、气体和水)的生产流量。典型地，必须进行几次牛顿迭代以产生每一个数据点，所述数据点建立了在井眼中给定压降下一种组分相对于另一种组分的产量关系。此外，井眼中的压降与控制井眼的节流器的如何打开相关。多次重复本过程直到已经计算足够的数据点，可为如30-50个数据点，使得可以形成总流量曲线或方程。然后，优化程序器在目标函数优化期间使用流量曲线或方程。使用这些多次牛顿迭代来建立流量曲线或方程而产生的数据点计算费用高。本发明提供针对传统的油气田规模优化设计的上述缺点的解决方案。首先，生成目标函数和关联的约束方程，其可以在优化程序器的单次运行中被处理以产生可行解。其次，可以生成约束方程，所述约束方程需要来自待关联的相似井眼的生产流量以便防止储层模拟的时间步长之间的井流量的显著振荡。最后，描述产生与井眼的流体组分之间的生产流量相关联的井眼组分流量曲线或方程的有效方法。
发明内容本发明包括一种用于增加与至少一个地下储层流体连通的多个井眼之中的流体流量分配的方法。使用数值储层模拟器在至少一个地下储层中和在与地下储层流体连通的许多井眼中模拟流体流。由井眼中的模拟流形成组分流量方程。选择带有理想地是软约束的至少一个生产约束的生产约束，所述软约束如果在优化过程期间必须提供可行解，则可违反该软约束。也形成了对应于生产约束的约束方程。形成对应于井眼中的流体流的目标函数。目标函数也可以包括对应于软约束和软约束方程的约束违反惩罚。然后，利用组分流量方程和约束方程来优化目标函数以便确定井眼之中的流体流量的增加的分配。如果需要，可以违反软约束以便获得目标函数优化的可行解。约束违反惩罚的存在允许软约束被违反，同时仍满足相应的约束方程。然后，在井眼之中分配如通过目标函数的优化来确定的流体流量。如果需要，软约束可被优先成软约束中的应该是最难违反的约束以获得目标函数优化的可行解。加权比例因子可与目标函数中的约束违反惩罚关联。加权比例因子可根据软约束的优先化而被加权，使得较高优先级的软约束比较低优先级的软约束更难以被违反。选择的井眼之间的流量可以具有其相关的流量，特别地，显示相似流动性(比如气油比(GOR)或水油比(WOR))的井眼可具有彼此相关的井流量。此外，可形成这些相关的井眼流量的约束方程。然后，相关井眼之中的流量的增加分配将彼此相关或彼此结合。在本发明的另一个方面中，被模拟的井眼包括多个完井单元和储层或包括多个储层单元的储层。由于在储层单元与完井单元之间的压降，储层模拟器被运行以便确定储层单元中和完井单元中的压力并且确定至少两个组分(即油和水)的完井单元中的流体流。然后，在每个井眼的流体流的范围内形成流体流组分比的数据点。理想地，基于由初始模拟器运行所确定的并且与储层和完井单元之间的压降的增加范围相关的组分流量，通过按比例换算并求和完井单元中的流体流来形成数据点。本发明的一个目的是提供一种方法，其中形成包括对应于软约束的至少一个约束违反惩罚的目标函数，所述软约束允许目标函数被优化，其中，如果需要，软约束可被违反以便得出优化的可行解。另一个目的是形成将加权的约束违反惩罚合并在一起的目标函约束。再一个目的是在优化中使井眼的生产流量相关使得在已经完成优化之后那些井眼之中的流量具有相关的流量，导致在储层模拟中的时间步长之间的那些井眼的有限的流量振荡。此外，另一个目的是形成组分流量方程。所述组分流量方程是基于最初在储层模拟运行中所确定的流量和井眼内的压力剖面图的变化范围，通过按比例换算单个完井单元中的组分流量而形成。根据下列说明和未决的权利要求书以及附图，将更好地理解本发明的这些和其它目的、特征和优点，其中图1是包含地下储层的示例性碳氢化合物生产油气田的示意图，所述地下储层由井眼流体连接到油气田地面，节流器用于控制井眼的压力和流量，使得油气田的生产可被优化；图2是根据本发明所进行的油气田规才莫优化的示例性方法的流程图3A和3B说明了根据本发明使用"快速流量"方法所形成的组分流量曲线和使用计算集约的牛顿迭代法所形成的组分流量曲线；图4A和4B是显示井流量在具有相似流动性的一对井眼之间如何相关的线具体实施例方式完井提供储层22和24和井眼30、32和34之间的流体连通。井眼34仅与上储层22连接。节流器或井控制装置54、56、和60用于控制流体流入和流出相应的井眼30、32和34。如下述更充分的描述，节流器54、56和60也控制各个井眼30、32和34的压力剖面。尽管未显示，井眼30、32和34将与地面设备(比如油/气/水分离器、压缩机、储罐、泵、管道等)流体连接。通过井眼30、32和34的流体流的流量可以由这些地面设备的流体处理能力限制。图2显示了用于说明根据本发明的油气田规模优化方法所使用的一般步骤的流程图。基于包含在本发明的说明书中的教导，储层模拟领域的技术人员能够容易地开发用于执行图2所略述的方法的计算机软件。储层模拟器用于模拟包括储层和井眼的油气田50中的流体流量(步骤110)。通常，该储层模型包括数千的或者甚至几百万的离散单元以便进行数值模拟。这些离散单元包括储层单元和井眼单元。井眼节流器和地面设备(未示出)流体连i的;它井眼单元。'—在油气田模型中指定初始和边界条件，这些初始和边界条件包括，以实例的方式但不局限于，在储层单元和井眼单元中的初始压力和流量、流体组分、粘性等。接下来，在油气田模型中进行模拟运行(步骤120)以计算时间步长的储层和流体流特性。特别地，被确定的储层和井眼之间的流体流量是储层和井眼单元中的压力。生产井眼将接收来自储层的生产流体(包括油、水和气)，所述生产流体被输送到油气田的地面设备。注入井可用于加压一个或多个储层和/或用于水处理。气也可被注入到井眼中以便提供气体辅助(gasassisted)流体生产。本领域的技术人员将意识到可用储层模拟器来模拟许多影响生产的其它操作，而且这些操作包含在本发明的范围内。组分流体流量可根据油、气和水的流来确定。可选地，待优化的流的流体组分可以是组成组分，比如轻碳氢化合物(C3-C4)、中等碳氢化合物(C5-C8)和重碳氢化合物(>C9)。通过实例的方式但不局限于，其他可能的组分组合可包括非碳氢化合物(比如H2S和C02)。接下来计算每个井眼的组分流量方程(步骤130)。这些组分流量方程描述了在井眼流量的预期范围内的一流体组分相对于另一流体组分的估计流。实践中，井眼上的节流器可以被打开或关闭以便增加或减小相对于井眼的总流体输出或输入。因为井眼中的变化的压力剖面，从井眼生产的油、气和水的相对比可以随着节流器的打开或关闭而变化图3A和3B中显示了井的组分流量曲线的实例。在图3A中，绘制了以MSCF/D(百万立方英尺/天)为单位的气生产流量相对于以STB/D(储罐/天)为单位的油生产流量。在图3B中，绘制了以STB/D为单位的水生产流量相对于以STB/D为单位的油生产流量。气流量相对油的生产流量在可能的油生产流量的宽范围内是相对线性的。然而，水生产流量相对油生产流量是非线性的。以较高油生产量所产生的水远多于以较低油生产流量所产生的水。高生产流量对应于宽开口的节流器位置。在本发明的优选实施例中，使用"快速流量，，法产生单个组分流量数据点，然后其用于快速构造线图或形成组分流量方程。将在下面描述更详细的"快速流量，，法。本领域的技术人员将认识到可使用其他方法产生评估一组分相对另一组分的生产在井眼的总产量范围内可能如何变化。使用者将指定所使用的生产约束(步骤140)连同油气田模型。通过实例的方式但不局限于，生产约束的实例包括(l)以目标水平生产油；(2)以目标水平生产气；(3)将气生产限制在预定界限之下；(4)将水生产限制在预定界限之下；(5)将水注入限制为与从井眼生产的水相关的量；以及(6)将气注入限制在预定界限之上以提供气体辅助举升。此外，这些目标和限制可被相互组合或成比例。生产约束可包括硬或软约束。硬约束是不允许违反的约束。软约束是如果需要可违反以便产生优化问题的可行解的约束。可选择地，如果需要，优选允许软约束被违反的次序以便获得可行解，该次序也可被指定。本发明的另一个方面包括可选择地指定某些井眼的井眼流量是否是相关的(步骤150)。例如，具有相似流体特性(比如气油比(GOR)或水油比(WOR))的井眼可彼此相关。井眼之间生产流量的关联将保证这些井眼之间的生产(或注入)流量在时间步长之间不任意振荡。然后，由生产约束和相关联的井眼流量形成约束方程(步骤160)。硬约束方程建立用于那些不允许违反的约束。形成相应于软约束的软约束方程，其包括约束违反惩罚。甚至当必须违反软约束以使优化产生可行解时，约束违反惩罚才允许满足软约束方程。该组约束方程的产生将在下面详细描述。在步骤170中创建目标函数，该目标函数寻求比如来自油气田50的油生产的优化目标。理想地，目标函数包括井眼的组分流量以及与软约束方程关联的约束违反惩罚。加权比例因子可与目标函数中的软约束惩罚相关联。适当地加权这些加权比例因子，则以相关的软约束可被违反的次序来优先化该次序。然后通过优化子程序(优化程序器)来优化目标函数(步骤180))以产生井眼之中的流体流量的优化分配。优化程序器使用在步骤130中计算的组分流量方程和在步骤160中建立的约束方程来优化目标函数。然后，优化的流体流量以及由优化程序器(比如约束违反惩罚)确定的其他流体流特性可在井眼和储层之中分配(步骤190)。然后，这些优化的流量和特性可在储层模拟中接下来的迭代时间步长中被用作初始/边界条件(步骤200)。然后重复步骤120-200以提供增加的油气田规模生产，经过许多时间步长直到已经经过了满意的时间周期，然后停止模拟。现在将更详细地描述上述步骤。B.目标函数和约束方程的建立1.约束方程系统线性规划(LP)系统是一组线性方程和线性约束。混合整数规划(MIP)系统是一组线性或非线性方程和约束。在本发明中，当需要求解由分段线性函数表示的一组非线性方程或约束以获得优化的目标时，优选MIP系统增强LP系统。使用LP和MIP技术的开放源码的软件程序包被应用在本示例性实施例中以便优化目标函数。特别地，本发明使用名称为LP-Solve的程序包，该程序包可从网址http:〃Packages.debian.org/stable/math/h)-solve处获得。也选择利用名称为XA的可选择的商用解算器，其可从加利福尼亚，圣马力诺的Sunset软件技术股份公司获得。本领域的技术人员将意识到，其他商用LP/MIP优化程序器的程序包使用流体流量和约束条件可用于优化目标函数。约束方程、组分流量方程和目标函数被输入到优化程序器中。然后优化程序器输出优化问题的可行解，该优化问题包括井眼流量的增加分配。理想地，也输出了获得优化的可行解所必需的任何软约束的违反值。然后，使用者可对生产约束或地面设备的能力进行适当的改变以反映软约束的违反值。寻求目标函数的极值。简单LP系统可具有下列形式C^/=max{;c,x,j，服从约束的形式(1)其中/=指数c=加权比例因子x,被优化的参数a1=乘常数以及；b1=加常数。在本发明的一个实施例中，主变量是井眼流量。也就是说，以该流量从井眼生产的流体(例如油、水和气)的组分。使用"快速流量"法优选地形成组分流量方程，该"快速流量"法将在下面描述。组分流量方程描述了通过井眼运送的一种组分与另一种流体组分相比的量的多少。多种组分的生产流量相对于彼此可保持线性或者在井眼生产输出的潜在范围内可以是非线性的。理想地，本发明通过将系统阐述为MIP问题，通过分段线性函数来处理组分或相比之间的非线性比例换算。生产约束被建成不允许违反的硬约束，和/或当需要获得解时，被建成允许违反的软约束。约束可包括目标对象和生产限制。目标函数由使用者提供的信息建立。2，建立目标函数通常，目标函数符合数学表达式其中OBJ=将被优化的目标；i=井眼流体中的流体组分数；w,=用于井眼中的第i个(")流体组分生产的加权比例因子；i=井眼数；qit=由的j个(jlh)井生产的第i个(ilh)组分的流量；k=与生产约束相关联的约束违反惩罚数；wk=第k个(klh)约束违反惩罚的加权比例因子；以及CVPk=第k个(klh)约束违反惩罚。LP/MIP系统的更具体的示例性目标函数可包括所选择的一组井眼的油、水和气总生产流量的加权和。在本发明中，目标函数也可包括约束违反惩罚变量(CVPk)以适应软约束的使用。示例性的目标函数可以下列数学形式表示200580052511.7<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(3)其中ow-将被优化的目标；^=油生产的加权比例因子；《。,-由第i个(/"')井眼生产的油量；=气生产的加权比例因子；%=由第1个(产)井眼生产的气量；气=水生产的加权比例因子；^,=由第i个O"井生产的水量；^=第k个(^)的加权比例因子；以及=第k个(^)约束违反惩罚。加权比例因子w,或井流量参数可由使用者指定。例如，使用者可指定w。=1.0;=誦0.1;以及气=-0.2。这些加权比例因子对应于油生产流量的最大化，同时设法最小化气和水的流量。在这种情况下，目标函数为生产的油的每油罐桶数/天(STB/D)增加1.0(w。,7=1.0)而且为每百万立方英尺/天(MSCF/D)的气处罚0.2以及为每STB/D的水处罚0.1。在这种情况下，目标函数的单位是STB/D和MSCF/D单位的组合。理想地，进行目标函数组分的归一化以提供无量纲的目标函数。如果有用的话，处理目标函数中的单位不匹配的另一种优选方式是使用经济信息。例如如果油收入是22$/STB/D，气收入是3S/MSCF/D,以及处理每STB/D水的花费是S3.5，贝'J:w。=22.0;Wg=3.0;以及气=-3.5。在这种情况下，目标函数的单位是货币($))并且是一致的。优选按比例确定加权比例因子使得气是l.O，因此，先前的井流量参数值被以22.0归一化，得出w。=1.0;Wg=0.136;以及WW=-0.159。3.生产约束约束可基于物理限制，比如井生产极限、注入流量极限、气举升率极限。可选择地，可确定约束以满足工程参数选择(比如一组井的生产/注入目标)。其他约束，通过实例的方式但不局限于，可包括气油比(GOR)、水油比(WOR)，以及关于井或完井的子集的约束。将LP/MIP系统约束分类成为硬约束和软约束。例如，硬约束可以施加在一对井上使得组合的最大油生产是5,000STB/D。这些硬约束4皮转化成下列LP/MIP约束<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>=从第一井生产的油量；以及<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>=从第二井生产的油量。4.软约束的优先化当而且仅当没有其它方式兑现软约束同时获得系统的可行解时，软约束是允许违反的约束。理想地，该约束违反是获得解所必需的最小可能当系统与极限/目标不一致时可发生约束违反。考虑下列情况，即油气田具有包括关于一组井的油生产目标和水处理极限的约束，如下所述油生产目标=7，500STB/D(5)水生产极限>5，000STB/D在模拟中可能而且最可能存在一个点，在该点处所述组井在不生产多于5,000STB/D的水的情况下，将不能够生产7,500STB/D的油。当井使用年限长或成熟时，井趋于生产更多的水。在这种情况下，优化程序器将不报告无解而是将允许违反软约束中的一个。优选地，将举起旗帜表示已经违反约束。可由使用者以及本发明的本优选实施例确定哪一个约束被选择优先违反。这些油目标和水极限条件被转化成下列三个软约束方程约束画l:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>(6)约束-2:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>约束-3:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>约束违反惩罚c巧变量附在目标函数上<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>(7)使其服从W>0其中巧是与P约束违反惩罚相关联的P加权比例因子；以及c巧w其中c巧是与约束方程相关联的"约束违反惩罚。注意该设置迫使CTT变量为零，由于它们在目标函数中具有负权重，只要能满足它们，即当油生产等于7，500STB/D而且水生产小于5,000STB/D时，就能使它们等价于硬约束。假定储层条件使得为了生产7,500STB/D的油，必须生产5,100STB/D的水。在这种情况下，存在两种选择项按比例减小生产并且满足水极限，然而忽视油目标；或者满足油目标然而生产比水极限更多的水。不管LP/MIP系统选择按比例减小生产还是满足水极限，其取决于C巧变量的系数或加权比例因子。假定水的能力极限是绝对的而且油生产允许按比例减小生产以满足水极限。在这种情况下，假定以及^3=2，这对应于约束-3(水生产极限)比其他两个约束(油生产目标)具有更高的优先级。注意加权比例因子w,比与油生产相关联的其他两个加权比例因子w,和巧更大。当井流量被按比例减小以满足水生产极限时，假定当水生产正好是5，000STB/D时，油生产下降到7，400STB/D。在这种情况下，CT^将必须为非零以满足约束l，正好是C^-100。在这种设定中，由于cr尸系数w的特定值，LP/MIP系统将选择按比例减小流量而不是生产更多的水。目标函数输入将出现下列两种情况。如果忽视油生产目标并且允许油生产按比例减小以满足水极限，则<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>(8)则05h…-lCKFi_1CFF2-2CTF3=..,100(9)如果强制执行油生产目标，而允许违反关于水生产极限的限制，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(10)CVF1=0CKF2=0CFF3=100OBJ=...--1CTF2-2CFF3=...-200(11)由于一切其他情况是相同的，按比例减小流量导致较高的目标函数值(+100)，LP/MIP优化程序器将优选按比例减小流量。相同的方法可用于处理《个软约束并将它们以想要的违反优先级次序输入。如果将被违反的软约束的次序未指定并且保持未优先化，则所有的加权比例因子^相等，而且不给出优先允许被违反的约束的优先级。在这种情况下，Wl=W2=W3=l。可选择地，可给出第一软约束为最低的优先级，给出第二软约束为稍微较高的优先级，给出第三软约束是最高的优先级。在本发明的示例性实施例中，则给出的加权比例因子w,的值相应于10X10P，其中p是软约束可被违反的优先级次序。例如，w,=10x10'w2=10xl02w3=10xl03目标函数的通用方程为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(12)则带有加权比例因子目标函数变成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(13)优选地，这些系数被归一化以给出在0和1之间的值。归一化部分地基于约束违反惩罚的潜在范围。约束1<formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage19</formula>(14)或者，由于crp,总是零w,=10xlO"(CVPmax)(15)优化c巧参数连同优化系统(生产/注入流量)中的其他参数。由于c巧的任何正值通过目标函数施加惩罚，系统设法保持c巧值为零。当且仅当不存在其他方式获得可行解，c巧才获得正值。注意如果没有与优化不一致的目标，所有CM变量将为零而且软约束将等价于硬约束。与软约束一起使用的lP子将转化为如下的LP/MIP方程<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>注意(=)算子是目标算子，而且如果左边的标准不等于右边的标准，将满足条件(从而引起动作)。5.关联井流量LP/MIP系统是严密精确的，从而不具有变量、方程和约束的物理优先概念。所以，在一些情况下，尽管LP/MIP结果听起来精确，但是可能产生完全不实用感觉。当LP/MIP优化程序器决定显著地节流一组井眼中的仅一个井眼使得所有井眼在性质上具有可忽略的差别时，可能发生这种情况。这可能导致在时间步长之间的单个井的大流量的振荡。为了防止发生这种情况，本发明提供选择项具有相近特性的井眼的井流量是相关的。如果确定出井流量应该是相关的，除了现有的约束方程，还建立与某些井眼流量相关的约束方程。例如，如果具有在彼此的预定范围内的流体特性的井眼，比如气油比(GOR)和/或水油比(WOR)，则这些井眼的流量可以是相关的。相似于上述的软约束方程，这些流量相关的方程可具有加权比例因子，该加权比例因子可彼此接近而且包括约束违反惩罚。现在参照图4A，例如，给出了具有最大GOR的井眼的流量(仏)，相关井的流量(&)被允许处于阴影面积中。这可通过将下列约束加入系统中而实现<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula> １６,其中q1,q2=彼此相关的流量q1,q2=流量的最大可能值RVP:流量违反惩罚a=确定相关的"严格性"的值将所有RVP添加到具有负权重的目标函数中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>,(17)其中在本特别实例中选择w,为-10。给出a为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>这表明当q1=q2时，q2需要在范围<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>中。函数f是如图4B所示的简单线性函数。本发明允许使用者改变阈值t，然而t^.0应该能在大多数情况下起作用，在本设定中，给出t=1.0，GOR2=0.0的井将是不相关的，而且将具有一个独立流量的比例因子，尽管对于其他极值而言当GOR2=GOR1时，图4A中的阴影面积将瓦解成如图4B所示的线，而且将迫使第二井眼与井眼1具有相同的比例因子。另一种使流量相关的方式是通过以相同的因子按比例换算一组井眼中流量。例如，第一注入井组中的所有注入器的注入流量和井眼第一生产组中的所有生产器的生产流量可以是相关的。在这种情况下这种相关不是基于GOR或WOR;相关仅仅意味着当以因子来按比例换算井眼的流量时，相关组中的其它井将按相同因子按比例换算。例如，如果第一生产组中的井眼需要将生产减半(以也许满足其它约束)，则第一生产组中的所有井眼将生产减半。理想地，本相关的缺省值在LP/MIP系统中具有比指定约束小的权重。这意味着为了满足约束，可打破流量关系。参数可用于确定约束的相对权重和LP/MIP系统中的流量关系。这些系数越小(越是负值)，这些系数将越影响系统。C.流量曲线和组分流量方程的产生1.快速流量法下列的"快速流量"法优选用于形成流体流的组分流量曲线和方程。流量曲线叙述一种组分的生产与另一种组分的生产如何相对比。例如，当井上的节流器或阀打开时，油、水和气的生产通常将增加。任何两种组分之间的增加在总流体生产范围内可以是线性或非线性。再次参照图3A和3B，所示的气和油的生产总体是线性的而水和油的生产总体上是非线性的。流量曲线由一系列数据点产生。使用Newton-Raphson迭代程序连同储层模型的子部分产生的数据点由"x"标记表示。用"方块，，标记表示的数据点是使用"快速流量"法产生的。注意两种方法提供了相似的结果。然而，"快速流量"法的计算效率高得多。快速流量法利用的事实是在固定时间点，单个完井单元的生产通常与压降成线性比例。压降是井眼完井单元中的压力与相邻的储层单元之间的压差。在相应的生产和注入操作期间是该压差驱使流体进入和流出完井单元。使用每一个井眼剖面的许多不同的压降产生了一组数据点。然后，理想地构造出最适合这些点的分段线性函数。然后由将被优化程序器使用的该分段线性函数产生组分流量方程。油-水总组分流量曲线为分段线性的，其不是线性函数。图5A-D显示了用于井眼的四个不同的总生产量的单个完井单元的流量。还显示了储层和这些不同生产流量的井眼单元的压力剖面。图5A-D说明的情况是比如当井眼的井顶节流阀被关闭时，发生油生产持续减小。注意随着油产量减小，水产量减小直到几乎不产生水。当生产流量减小时，井眼的井眼压力剖面将增加。假定在给定时间步长储层的压力剖面保持恒定。这导致井中压降随着井眼压力剖面向储层压力剖面的增加而减小。注意由于压头/重力的影响，较深完井的压力将比较浅深度的完井大。因此，压降在较深的深度较低，在该深度处密度较大的水在密度较小的油和气层的下面。本发明利用线性比率来按比例换算单个井眼完井。来自井的组分P(即油、水或气)的总生产流量是其流动完井的流量之和<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>(19)其中^7=来自井的流的总量；，=井中的完井单元数；以及%=来自第i个(产)井眼的组分流的流量。在每一单个完井处的每一种组分的基准流量是以特别的时间步长和井生产水平从储层模拟操作中抽取的。假定在时间点的固定点处每一个单个的完井单元的完井流量与压降成线性比例。从而，如果井中压降以某一数量c减小，单个完井的流量将按比例相应地减小，而且将给出新的总流量为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>(20)其中C来自井的新的总流量；c-压降的减小；wc井中的完井单元数；at^第i个(,)完井单元中的初始压降；以及^,=来自第1个(,'O井眼的相流的量；从而，给出需要将井的油流量从《减小到^时的压力的偏移量c:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage23</formula>(21)该压力偏移指示了井眼压力剖面中的平行偏移，如图6所示。已经计算的c，方程20可以用于计算井眼中其他组分流动的井流量。相同的程序也可用于注入流量。如先前关于图3A和3B所考虑的那样，重复本程序可产生许多组分流的数据点并且可以形成曲线。2.分段线性函数的构造产生分段线性函数，其最好表示由"快速流量"法产生的用于每个井眼的这些数据点。分段线性函数包括许多线段和断点，使用最小二乘法拟合由"快速流量，，法所产生的数据组以理想地选择断点的数量和位置。在该示例性实施例中，Levenberg-Marquardt最小二乘法拟合法优选用于定位断点。本领域的技术人员将意识到其他曲线或方程生成技术可用于表示产生的由优化程序器使用的数据点。现在参照图7A和7B，对于给定线段/t，给出线段端点的坐标为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>最小二乘法(比如Levenberg-Marquardt)需要该函数的孩i商;v，根据参数确定出a.这些微商是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>在优选实施例中，理想地确定了适当数量的断点以及它们的最佳位置。如图8所示的算法用于选择断点数。第一步骤由线性函数(例如单个线段，两个端点)开始，因此"2。计算该线性函数x为^。然后将断点添加到线性函数中，使其成为具有两段和三个端点(,'=,'+1，即，"3)的分段线性函数。断点坐标被优化为最小的;^。如果由多于一个的f因子来改善的拟合远离初始拟合，则添加新断点，重复该过程直到改善不明显。只有当由系数f改善该拟合时，本算法保持添加更多断点。依靠具有更大数量的线段，通过减小f值可以进行更好的拟合。本方法通常实用性很强。可进行检查以确保断点总是处于可行的区域中(第一象限)。这可通过惩罚落入不可行区域的解来确保，如图9所示。3.将分段线性函数合并成线性规划将分段线性曲线合并成LP设置需要引入二元的其他连续参数和一些约束。下列是需要添加的一组方程和变量断点<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>用来替换流量项添加约束<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>此处g是从属流量，仏是控制流量。现在将证明为何这种设置导致具有两段的简单分段线性函数的正确行为。假定函数如图IO中所示。将确定在1=15处的函数值。与本问题相应的公式将为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage25</formula>二元的y表示x所属于的线段。在这种情况下。少，应该是1而且^应该是0。首先检查看h是否曾经为1。如果h曾为l，则少,必须为o，这意味着^为0而且22和23是非零。然而，如果22和23是非零，可能永远不会满足第二方程的Pl5,则^不能为1。从而如果少,是l，则求解z得出z,=0.25z2=0.75所述方程的组合和方程24中的变量的合并迫使LP/MIP优化程序器实现组分流量曲线。虽然已经描述了本发明的前述说明以及其相关的某些优选实施例，而且为了解释提供了许多详细资料，然而本发明容许改变而且在此所描述的某些其他详细资料可以适当改变而不会偏离本发明的基本原理，这对于本领域的技术人员来说显而易见的。权利要求1.一种用于增加多个井眼之中的流体流量分配的方法，所述多个井眼与至少一个地下储层流体连通，所述方法包括(a)模拟在至少一个地下储层中和在与所述至少一个地下储层流体连通的多个井眼中包含多组分的流体的流量；(b)选择包括至少一个软约束的生产约束，其中所述至少一个软约束是可违反的；(c)产生系统方程和约束方程，所述系统方程包括相应于井眼中被模拟的流体流的组分流量方程，所述约束方程包括与所述至少一个软约束相关联的至少一个软约束方程，所述至少一个软约束方程包括允许所述至少一个软约束方程满足软约束的约束违反惩罚(CVP)；(d)产生相应于井眼中的流体流并且相应于约束违反惩罚的目标函数；(e)利用优化程序器和所述系统方程来优化目标函数以确定在多个井眼之中的流体流量的增加分配，其中，如果需要，可违反所述至少一个软约束以获得优化的可行解；以及(f)如在步骤(e)中所确定的在多个井眼之中分配流体流量。2.如权利要求l所述的方法，其中，所述生产约束包括可违反的多个软约束；所述系统方程包括相应于所述多个软约束的多个软约束方程，每一个所述软约束方程包括允许软约束方程满足各自软约束的相应约束违反惩罚(CVP);以及所述目标函数相应于井眼中的流体流并且相应于约束违反惩罚；其中，如果需要，可违反所述软约束以荻得优化的可行解。3.如权利要求2所述的方法，其中根据将被违反的软约束的难度来优先化所述软约束。4.如权利要求3所述的方法，其中在目标函数中，加权比例因子与相应软约束方程的约束违反惩罚相关联，而且根据与各自的软约束方程相关联的软约束的优先化而被加权，以便使较高优先级的软约束更难违反。5.如权利要求l所述的方法，其中所述目标函数符合数学表达式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中(9&/=将被优化的目标；^流体中的流体组分数；w,二井眼中的第i个流体生产的加权比例因子；7=井眼数；&=由第j个井生产的第i个组分的流量；*=与软约束相关联的约束违反惩罚数；wt第k个约束违反惩罚的加权比例因子；以及c巧-第k个约束违反惩罚。6.如权利要求2所述的方法，其中所述目标函数符合数学表达式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中OW-将被优化的目标；!=流体中的流体组分数；w,-井眼中的第i个流体组分生产的加权比例因子；7=井眼数；&=由第j个井生产的第i个组分的流量；*=与生产约束相关联的约束违反惩罚数；^=第k个约束违反惩罚的加权比例因子；以及c巧-第k个约束违反惩罚。7.如权利要求6所述的方法，其中根据将被违反的软约束的难度来优先化所述软约束；以及与各自软约束方程的约束违反惩罚c^相关联的所述加权比例因子w根据所述软约束的优先化而被加权，以便使较高优先级的软约束更难违反。8.如权利要求1所述的方法还包括比较至少两个井眼中的流体流的特性，如果所述特性在彼此的预定范围内，则通过在系统方程中产生流量相关的方程而将至少两个井眼的流体流量关联在一起，使得所述至少两个井眼将具有相关的分配流量。9.如权利要求l所述的方法，其中所述井眼包括多个完井单元，而且所述至少一个地下储层包括与所述完井单元流体连通的多个储层单元；模拟流体流量的步骤包括确定储层单元中和完井单元中的压力，而且包括由于在储层单元和完井单元之间的压降，而确定完井单元中的相应组分的流体流量；以及所述组分流量方程由组分流量的数据点产生，基于在流体流模拟中所确定的组分流体流量和相对于在储层和完井单元之间的改变的压降，所述数据点通过按比率换算和求和在每个井眼的完井单元中的组分5充体;充而建立。10.如权利要求9所述的方法，其中组分流量数据点利用下列数学表达式产生<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中C-来自井的新的总流量；"，=特定井眼中的完井单元数；a^-产完井单元的初始压降；c-来自完井单元的初始模拟的压降的压降变化；以及^'=来自第i个完井单元的组分流的初始模拟流量；11.一种用于增加多个井眼之中的流体流量分配的方法，所述多个井眼与至少一个地下储层流体连通，所述方法包括(a)模拟在多个井眼中和在至少一个地下储层中的包含多组分的流体的流量，所述井眼包括多个完井单元，所述至少一个地下储层包括与所述完井单元流体连通的多个储层单元；确定储层单元中和完井单元中的压力；以及由于在储层单元和完井单元之间的压降，确定完井单元中的相应组分的流量；(b)基于在步骤(a)中所确定的组分流体流量，通过对所述完井单元中的组分流体流按比率换算和求和，在流体流量的范围内产生井眼的组分流量的数据点，以及改变储层和完井单元之间的压降；(c)基于各个井眼的数据点，产生所述井眼的组分流量方程；(d)产生相应于生产约束的约束方程；(e)产生相应于井眼中的流体流的目标函数；(f)利用优化程序器和所述约束以及组分流量方程来优化目标函数，以确定在多个井眼之中的流体流量的增加分配；以及(g)根据在步骤(f)中的确定而在多个井眼之中分配流体流量。12.如权利要求11所述的方法还包括由每个井眼的数据点产生分段线性函数；以及由所述分段线性函数产生组分流量方程。13.如权利要求12所述的方法，其中所述组分流量方程包括二元变量以便描述分段线性函数；以及优化步骤包括使用混合整数规划。14.如权利要求11所述的方法，其中在至少两个井眼之间的所述流量是彼此相关的。15.如权利要求11所述的方法，其中所述优化程序器在优化目标函数中利用线性规划和混合整数规划中的至少一种。16.如权利要求15所述的方法，其中所述优化程序器在优化目标函数中利用混合整数规划。17.如权利要求11所述的方法，其中组分流量数据点利用下列数学表达式来构造:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中《；=来自井眼的新的总流量；""，=特定井中的完井单元数；以及^=第i个完井单元的初始压降；c-来自完井单元的初始模拟的压降的压降变化；以及%=来自第i个完井单元的组分流的初始模拟流量；18.—种用于增加多个井眼之中的流体流量分配的方法，所述多个井眼与至少一个地下储层流体连通，所述方法包括(a)模拟在至少一个地下储层中和在多个井眼中包含多组分的流体的流量，所述多个井眼与所述至少一个地下储层流体连通；(b)在至少两个井眼之间产生流量相关方程；(c)产生相应于井眼中的流体流的目标函数；(d)利用流量相关方程来优化目标函数，以确定所述多个井眼之中的流体流量的增加分配，其中所述至少两个井眼具有相关流量；以及(e)根据在步骤(d)中的确定而在多个井眼之中分配流体流量。19.如权利要求18所述的方法，其中对比所迷至少两个井眼之间的流体流特性；以及如果被对比的流体流特性在彼此的预定范围内，则启动流量相关方程的建立。全文摘要本发明公开了一种用于增加多个井眼之中的流体流量分配的方法，所述多个井眼与至少一个地下储层(24)流体连通。利用与软约束相关联的约束违反惩罚产生目标函数和系统方程。软约束是如果需要可违反以获得优化目标函数和系统方程的可行解的约束。然后根据目标函数和系统方程的优化所确定的来分配井眼(30)之中的流体流量。特别是那些表现相似的流动性的井眼(30)之中的流体流量可彼此相关。井眼(30)中组分(油、气、和水)的初始流量和压力可由初始模拟操作来确定。文档编号G06G7/48GK101361080SQ200580052511公开日2009年2月4日申请日期2005年11月21日优先权日2005年11月21日发明者B·盖亚古勒,J·T·拜尔申请人:切夫里昂美国公司