一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法技術

本發明專利技術涉及一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法，包括以下步驟：1)建立蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型；2)選取注汽干度、注汽溫度、注汽速度和周期注汽量四個注入參數作為設計優化變量；3)對注入參數選取初始的取值范圍；4)采用試驗設計方法針對蒸汽吞吐的注入參數來選取樣本點；5)利用蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型對樣本點進行數值模擬計算；6)選取目標函數，利用各樣本點的注入參數及其目標函數響應值構建表征蒸汽吞吐注入參數的近似模型；7)對近似模型的精度進行驗證，若滿足精度要求，則進行步驟8)，若不滿足精度要求，則回到步驟3)；8)結合遺傳算法對注入參數全局尋優，從而獲得最優蒸汽吞吐注入參數。

A method for optimizing injection parameters of steam huff and puff based on approximate model

The invention relates to a steam injection parameter optimization based on approximate model method, which comprises the following steps: 1) to establish a numerical simulation model of three-dimensional steam reservoir; 2) select the dryness of steam injection, steam temperature, steam injection rate and cyclic steam injection volume four injection parameters as design variables of optimization; 3) the range of choosing the initial injection parameters; 4) using experimental design method for steam stimulation injection parameters to select sample points; 5) model for numerical simulation of samples using numerical simulations of three-dimensional reservoir steam stimulation; 6) select the target function, the sample points of injection parameters and objective function values to construct approximate response model characterization of steam injection parameters; 7) to verify the accuracy of the approximate model, if meet the accuracy requirements of step 8), if the accuracy is not satisfied, return to step 3 (8) genetic algorithm is used to optimize the injection parameters so as to obtain the optimal parameters of steam injection.

【技術實現步驟摘要】
一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法
本專利技術涉及一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法，屬于油田蒸汽吞吐開發

技術介紹
蒸汽吞吐是稠油油藏一種有效的提高采收率的方法，其為主要通過注入具有一定干度的蒸汽，然后關井燜井，數日后開井排液采油的方式。采用蒸汽吞吐可以達到降低原油粘度、提高稠油流動性及產能的目的。蒸汽吞吐注入參數影響著熱采開發效果，為取得最優熱采開發效果，熱采開發方案設計需進行注入參數的優化。目前的蒸汽吞吐注入參數優化主要局限于局部敏感性分析，即采用固定其他參數，只針對變化某一參數進行敏感性分析來尋找“拐點”的方法進行優化。這種方法費時費力，并且不能充分考慮注入參數之間的交互作用，優化參數往往是之前設計值，難以獲得最佳注入參數組合方案。正交試驗設計方法可以減少試驗次數，但無法在整個注入參數變化范圍內獲得注入參數最佳組合，優化結果不具有連續性，可靠性較差。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種計算量小并且優化結果可靠性高的基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法，包括以下步驟：1)根據目標油田的地質油藏特征建立蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型；2)選取注汽干度、注汽溫度、注汽速度和周期注汽量等四個對蒸汽吞吐開發效果影響較大的注入參數作為設計優化變量；3)對上述四個注入參數選取初始的取值范圍；4)采用試驗設計方法針對蒸汽吞吐的注入參數來選取樣本點；5)利用步驟1)所建立的蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型對樣本點進行數值模擬計算，獲得各樣本點所對應的蒸汽吞吐產油量、油汽比、凈現值、冷采基礎上的蒸汽吞吐產量增幅、采收率增幅和冷采基礎上的蒸汽吞吐凈現值增幅；6)以蒸汽吞吐產油量、油汽比、凈現值、冷采基礎上的蒸汽吞吐產量增幅、采收率增幅和冷采基礎上的蒸汽吞吐凈現值增幅之一作為目標函數，利用各樣本點的注入參數及其目標函數響應值來構建表征蒸汽吞吐注入參數的近似模型；7)對近似模型的精度進行驗證，若滿足精度要求，則進行步驟8)，若不滿足精度要求，則回到步驟3)；8)根據構建的蒸汽吞吐注入參數與目標函數的近似模型，結合遺傳算法對注入參數全局尋優，從而獲得最優蒸汽吞吐注入參數。所述步驟1)中，蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型是通過熱采模擬商業軟件建立的。所述步驟4)中所采用的試驗設計方法為中心復合設計方法、Box-Behnken設計方法或拉丁超立方體設計方法。所述步驟6)中所述的近似模型為采用多項式響應面近似模型，其中，二次響應面近似模型數學表達式如下：式中，y為響應值，k為設計變量的個數，ε為隨機誤差，xi為k維自變量x的第i個分量，β0，βi和βij是待定系數，將其按照一定次序排列構成列向量β，求解向量β即得到上述近似模型。列向量β通過最小二次法求解。所述步驟7)中，采用復合相關系數指標對近似模型的精度進行檢驗，其中，相關系數大于0.98為滿足精度要求。還包括步驟9)如下：利用蒙特卡洛模型對優化結果進行不確定性分析，量化風險，驗證最優方案的可靠性。本專利技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本專利技術提供了一套基于近似模型技術及遺傳算法的蒸汽吞吐注入參數優化方法，利用近似模型技術，構建蒸汽吞吐注入參數與其目標函數響應值之間的近似模型，最終把描述蒸汽吞吐復雜問題的真實隱函數轉化為顯式的近似函數表達式，能夠在保證計算精度的前提下，以較小的計算量替代大量數值模擬工作。同時結合遺傳算法可以在注入參數變化范圍內進行全局尋優，避免注入參數優化結果的不連續性，從而提高優化結果可靠性。2、本專利技術給出了定量化、可操作的技術方法和實施步驟。3、本專利技術適用于海上油田蒸汽吞吐注入參數的確定，亦可適應陸地油田蒸汽吞吐注入參數的確定。附圖說明圖1是本專利技術的流程示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細的描述。本專利技術一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法，包括以下步驟：1)根據目標油田的地質油藏特征建立蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型，一般采用成熟的熱采模擬商業軟件，如CMG-STARS、ECLIPSE-E300模擬器，所建立的蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型應盡量體現油藏非均質性等實際油藏特征。2)選取注汽干度、注汽溫度、注汽速度和周期注汽量等四個對蒸汽吞吐開發效果影響較大的注入參數作為設計優化變量。3)對上述四個注入參數選取初始的取值范圍，例如參考渤海油田實際注熱設備能力要求，上述四個注入參數的取值范圍可分別取值0.0～0.4、300～340℃、200～300m3/d和3000～5000m3(蒸汽水當量)。4)采用試驗設計方法針對蒸汽吞吐的注入參數來選取樣本點，以便于進行較少的試驗就能夠獲取足夠的信息。上述試驗設計方法為中心復合設計方法、Box-Behnken設計方法、拉丁超立方體設計方法之一。在一個優選的實施例中，選用Box-Behnken設計方法，該設計方法是一種符合旋轉性或者幾乎可旋轉性的球面設計，由于其合理的取樣策略和良好的結果表現而被廣泛應用。5)利用步驟1)所建立的蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型對樣本點進行數值模擬計算，獲得各樣本點所對應的蒸汽吞吐產油量、油汽比、凈現值、冷采基礎上的蒸汽吞吐產量增幅、采收率增幅和冷采基礎上的蒸汽吞吐凈現值增幅。6)以蒸汽吞吐產油量、油汽比、凈現值、冷采基礎上的蒸汽吞吐產量增幅、采收率增幅和冷采基礎上的蒸汽吞吐凈現值增幅之一作為目標函數，利用各樣本點的注入參數及其目標函數響應值來構建表征蒸汽吞吐注入參數的近似模型，由此把描述蒸汽吞吐注入參數對目標函數值影響這一復雜問題的真實隱函數轉化為顯示的近似函數表達式。近似模型根據所能描述的設計空間的大小可分為局部近似、全局近似和中等范圍的近似三類。本專利技術采用多項式響應面近似模型，該近似模型屬于全局近似，具有建立方便簡單，收斂速度快，能夠采用顯示函數表達，透明性好等優勢。具體可采用二次響應面近似模型，二次響應面近似模型數學表達式如下：式中，y為響應值，k為設計變量的個數，ε為隨機誤差，xi為k維自變量x的第i個分量，β0，βi和βij是待定系數，將其按照一定次序排列構成列向量β，求解向量β成為建立二次響應面模型的關鍵。將各樣本點的數據分別代入上式，代入時，y取值為當前樣本點的目標函數，k取值為4，即自變量x為4維自變量，其四個分量分別為注汽干度、注汽溫度、注汽速度和周期注汽量。然后利用最小二乘法可求得向量β，從而求得各待定系數，進而得到二次響應面近似模型。7)對近似模型的精度進行驗證，若滿足精度要求，則進行步驟8)，若不滿足精度要求，則回到步驟3)。對于近似模型準確性的驗證，一般可用復相關系數(R2)指標進行檢驗。復相關系數反應了近似模型的準確性，其數值0<R2≤1，其值越接近1，回歸方程越準確。針對稠油油藏蒸汽吞吐開發，本專利技術要求相關系數大于0.98。8)根據構建的蒸汽吞吐注入參數與目標函數的近似模型，結合遺傳算法對注入參數全局尋優，從而獲得最優蒸汽吞吐注入參數。本專利技術以蒸汽吞吐目標函數的二次響應面模型為適應度函數，采用浮點編碼，初始種群通過隨機方式產生，基于幾何分布進行選擇操作，采用算術交叉法進行交叉操作，采用非均勻變異法進行變本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法，包括以下步驟：1)根據目標油田的地質油藏特征建立蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型；2)選取注汽干度、注汽溫度、注汽速度和周期注汽量等四個對蒸汽吞吐開發效果影響較大的注入參數作為設計優化變量；3)對上述四個注入參數選取初始的取值范圍；4)采用試驗設計方法針對蒸汽吞吐的注入參數來選取樣本點；5)利用步驟1)所建立的蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型對樣本點進行數值模擬計算，獲得各樣本點所對應的蒸汽吞吐產油量、油汽比、凈現值、冷采基礎上的蒸汽吞吐產量增幅、采收率增幅和冷采基礎上的蒸汽吞吐凈現值增幅；6)以蒸汽吞吐產油量、油汽比、凈現值、冷采基礎上的蒸汽吞吐產量增幅、采收率增幅和冷采基礎上的蒸汽吞吐凈現值增幅之一作為目標函數，利用各樣本點的注入參數及其目標函數響應值來構建表征蒸汽吞吐注入參數的近似模型；7)對近似模型的精度進行驗證，若滿足精度要求，則進行步驟8)，若不滿足精度要求，則回到步驟3)；8)根據構建的蒸汽吞吐注入參數與目標函數的近似模型，結合遺傳算法對注入參數全局尋優，從而獲得最優蒸汽吞吐注入參數。

【技術特征摘要】
1.一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法，包括以下步驟：1)根據目標油田的地質油藏特征建立蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型；2)選取注汽干度、注汽溫度、注汽速度和周期注汽量等四個對蒸汽吞吐開發效果影響較大的注入參數作為設計優化變量；3)對上述四個注入參數選取初始的取值范圍；4)采用試驗設計方法針對蒸汽吞吐的注入參數來選取樣本點；5)利用步驟1)所建立的蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型對樣本點進行數值模擬計算，獲得各樣本點所對應的蒸汽吞吐產油量、油汽比、凈現值、冷采基礎上的蒸汽吞吐產量增幅、采收率增幅和冷采基礎上的蒸汽吞吐凈現值增幅；6)以蒸汽吞吐產油量、油汽比、凈現值、冷采基礎上的蒸汽吞吐產量增幅、采收率增幅和冷采基礎上的蒸汽吞吐凈現值增幅之一作為目標函數，利用各樣本點的注入參數及其目標函數響應值來構建表征蒸汽吞吐注入參數的近似模型；7)對近似模型的精度進行驗證，若滿足精度要求，則進行步驟8)，若不滿足精度要求，則回到步驟3)；8)根據構建的蒸汽吞吐注入參數與目標函數的近似模型，結合遺傳算法對注入參數全局尋優，從而獲得最優蒸汽吞吐注入參數。2.如權利要求1所述的一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優化方法，其特征在于：所述步驟1)中，蒸汽吞吐三維油藏數值模擬模型是通過熱采模擬商業軟件建立的。3.如權利要求1所述的一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入參數優...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭偉，朱國金，譚先紅，袁忠超，鄭強，李南，李卓林，李延杰，盧川，田虓豐，
申請(專利權)人：中國海洋石油總公司，中海油研究總院，
類型：發明
國別省市：北京,11