本發(fā)明涉及一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法，屬于油田蒸汽吞吐開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(guò)注入具有一定干度的蒸汽，然后關(guān)井燜井，數(shù)日后開井排液采油的方式。采用蒸汽吞吐可以達(dá)到降低原油粘度、提高稠油流動(dòng)性及產(chǎn)能的目的。蒸汽吞吐注入?yún)?shù)影響著熱采開發(fā)效果，為取得最優(yōu)熱采開發(fā)效果，熱采開發(fā)方案設(shè)計(jì)需進(jìn)行注入?yún)?shù)的優(yōu)化。目前的蒸汽吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化主要局限于局部敏感性分析，即采用固定其他參數(shù)，只針對(duì)變化某一參數(shù)進(jìn)行敏感性分析來(lái)尋找“拐點(diǎn)”的方法進(jìn)行優(yōu)化。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且不能充分考慮注入?yún)?shù)之間的交互作用，優(yōu)化參數(shù)往往是之前設(shè)計(jì)值，難以獲得最佳注入?yún)?shù)組合方案。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可以減少試驗(yàn)次數(shù)，但無(wú)法在整個(gè)注入?yún)?shù)變化范圍內(nèi)獲得注入?yún)?shù)最佳組合，優(yōu)化結(jié)果不具有連續(xù)性，可靠性較差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)算量小并且優(yōu)化結(jié)果可靠性高的基于近似模型的蒸汽吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：1)根據(jù)目標(biāo)油田的地質(zhì)油藏特征建立蒸汽吞吐三維油藏?cái)?shù)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(gè)對(duì)蒸汽吞吐開發(fā)效果影響較大的注入?yún)?shù)作為設(shè)計(jì)優(yōu)化變量；3)對(duì)上述四個(gè)注入?yún)?shù)選取初始的取值范圍；4)采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法針對(duì)蒸汽吞吐的注入?yún)?shù)來(lái)選取樣本點(diǎn)；5)利用步驟1)所建立的蒸汽吞吐三維油藏?cái)?shù)值模擬模型對(duì)樣本點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，獲得各樣本點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的蒸汽吞吐產(chǎn)油量、油汽比、凈現(xiàn)值、冷采基礎(chǔ)上的蒸汽吞吐產(chǎn)量增幅、采收率增幅和冷采基礎(chǔ)上的蒸汽吞吐凈現(xiàn)值增幅；6)以蒸汽吞吐產(chǎn)油量、油汽比、凈現(xiàn)值、冷采基礎(chǔ)上的蒸汽吞吐產(chǎn)量增幅、采收率增幅和冷采基礎(chǔ)上的蒸汽吞吐凈現(xiàn)值增幅之一作為目標(biāo)函數(shù)，利用各樣本點(diǎn)的注入?yún)?shù)及其目標(biāo)函數(shù)響應(yīng)值來(lái)構(gòu)建表征蒸汽吞吐注入?yún)?shù)的近似模型；7)對(duì)近似模型的精度進(jìn)行驗(yàn)證，若滿足精度要求，則進(jìn)行步驟8)，若不滿足精度要求，則回到步驟3)；8)根據(jù)構(gòu)建的蒸汽吞吐注入?yún)?shù)與目標(biāo)函數(shù)的近似模型，結(jié)合遺傳算法對(duì)注入?yún)?shù)全局尋優(yōu)，從而獲得最優(yōu)蒸汽吞吐注入?yún)?shù)。
所述步驟1)中，蒸汽吞吐三維油藏?cái)?shù)值模擬模型是通過(guò)熱采模擬商業(yè)軟件建立的。
所述步驟4)中所采用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法為中心復(fù)合設(shè)計(jì)方法、box-behnken設(shè)計(jì)方法或拉丁超立方體設(shè)計(jì)方法。
所述步驟6)中所述的近似模型為采用多項(xiàng)式響應(yīng)面近似模型，其中，二次響應(yīng)面近似模型數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
式中，y為響應(yīng)值，k為設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)，ε為隨機(jī)誤差，xi為k維自變量x的第i個(gè)分量，β0，βi和βij是待定系數(shù)，將其按照一定次序排列構(gòu)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(guò)最小二次法求解。
所述步驟7)中，采用復(fù)合相關(guān)系數(shù)指標(biāo)對(duì)近似模型的精度進(jìn)行檢驗(yàn)，其中，相關(guān)系數(shù)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(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行不確定性分析，量化風(fēng)險(xiǎn)，驗(yàn)證最優(yōu)方案的可靠性。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明提供了一套基于近似模型技術(shù)及遺傳算法的蒸汽吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法，利用近似模型技術(shù)，構(gòu)建蒸汽吞吐注入?yún)?shù)與其目標(biāo)函數(shù)響應(yīng)值之間的近似模型，最終把描述蒸汽吞吐復(fù)雜問(wèn)題的真實(shí)隱函數(shù)轉(zhuǎn)化為顯式的近似函數(shù)表達(dá)式，能夠在保證計(jì)算精度的前提下，以較小的計(jì)算量替代大量數(shù)值模擬工作。同時(shí)結(jié)合遺傳算法可以在注入?yún)?shù)變化范圍內(nèi)進(jìn)行全局尋優(yōu)，避免注入?yún)?shù)優(yōu)化結(jié)果的不連續(xù)性，從而提高優(yōu)化結(jié)果可靠性。2、本發(fā)明給出了定量化、可操作的技術(shù)方法和實(shí)施步驟。3、本發(fā)明適用于海上油田蒸汽吞吐注入?yún)?shù)的確定，亦可適應(yīng)陸地油田蒸汽吞吐注入?yún)?shù)的確定。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
本發(fā)明一種基于近似模型的蒸汽吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：
1)根據(jù)目標(biāo)油田的地質(zhì)油藏特征建立蒸汽吞吐三維油藏?cái)?shù)值模擬模型，一般采用成熟的熱采模擬商業(yè)軟件，如cmg-stars、eclipse-e300模擬器，所建立的蒸汽吞吐三維油藏?cái)?shù)值模擬模型應(yīng)盡量體現(xiàn)油藏非均質(zhì)性等實(shí)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(gè)對(duì)蒸汽吞吐開發(fā)效果影響較大的注入?yún)?shù)作為設(shè)計(jì)優(yōu)化變量。
3)對(duì)上述四個(gè)注入?yún)?shù)選取初始的取值范圍，例如參考渤海油田實(shí)際注熱設(shè)備能力要求，上述四個(gè)注入?yún)?shù)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(dāng)量)。
4)采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法針對(duì)蒸汽吞吐的注入?yún)?shù)來(lái)選取樣本點(diǎn)，以便于進(jìn)行較少的試驗(yàn)就能夠獲取足夠的信息。上述試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法為中心復(fù)合設(shè)計(jì)方法、box-behnken設(shè)計(jì)方法、拉丁超立方體設(shè)計(jì)方法之一。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，選用box-behnken設(shè)計(jì)方法，該設(shè)計(jì)方法是一種符合旋轉(zhuǎn)性或者幾乎可旋轉(zhuǎn)性的球面設(shè)計(jì)，由于其合理的取樣策略和良好的結(jié)果表現(xiàn)而被廣泛應(yīng)用。
5)利用步驟1)所建立的蒸汽吞吐三維油藏?cái)?shù)值模擬模型對(duì)樣本點(diǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，獲得各樣本點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的蒸汽吞吐產(chǎn)油量、油汽比、凈現(xiàn)值、冷采基礎(chǔ)上的蒸汽吞吐產(chǎn)量增幅、采收率增幅和冷采基礎(chǔ)上的蒸汽吞吐凈現(xiàn)值增幅。
6)以蒸汽吞吐產(chǎn)油量、油汽比、凈現(xiàn)值、冷采基礎(chǔ)上的蒸汽吞吐產(chǎn)量增幅、采收率增幅和冷采基礎(chǔ)上的蒸汽吞吐凈現(xiàn)值增幅之一作為目標(biāo)函數(shù)，利用各樣本點(diǎn)的注入?yún)?shù)及其目標(biāo)函數(shù)響應(yīng)值來(lái)構(gòu)建表征蒸汽吞吐注入?yún)?shù)的近似模型，由此把描述蒸汽吞吐注入?yún)?shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)值影響這一復(fù)雜問(wèn)題的真實(shí)隱函數(shù)轉(zhuǎn)化為顯示的近似函數(shù)表達(dá)式。
近似模型根據(jù)所能描述的設(shè)計(jì)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。本發(fā)明采用多項(xiàng)式響應(yīng)面近似模型，該近似模型屬于全局近似，具有建立方便簡(jiǎn)單，收斂速度快，能夠采用顯示函數(shù)表達(dá)，透明性好等優(yōu)勢(shì)。具體可采用二次響應(yīng)面近似模型，二次響應(yīng)面近似模型數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：
式中，y為響應(yīng)值，k為設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)，ε為隨機(jī)誤差，xi為k維自變量x的第i個(gè)分量，β0，βi和βij是待定系數(shù)，將其按照一定次序排列構(gòu)成列向量β，求解向量β成為建立二次響應(yīng)面模型的關(guān)鍵。
將各樣本點(diǎn)的數(shù)據(jù)分別代入上式，代入時(shí)，y取值為當(dāng)前樣本點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)，k取值為4，即自變量x為4維自變量，其四個(gè)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(shù)，進(jìn)而得到二次響應(yīng)面近似模型。
7)對(duì)近似模型的精度進(jìn)行驗(yàn)證，若滿足精度要求，則進(jìn)行步驟8)，若不滿足精度要求，則回到步驟3)。
對(duì)于近似模型準(zhǔn)確性的驗(yàn)證，一般可用復(fù)相關(guān)系數(shù)(r2)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。復(fù)相關(guān)系數(shù)反應(yīng)了近似模型的準(zhǔn)確性，其數(shù)值0<r2≤1，其值越接近1，回歸方程越準(zhǔn)確。針對(duì)稠油油藏蒸汽吞吐開發(fā)，本發(fā)明要求相關(guān)系數(shù)大于0.98。
8)根據(jù)構(gòu)建的蒸汽吞吐注入?yún)?shù)與目標(biāo)函數(shù)的近似模型，結(jié)合遺傳算法對(duì)注入?yún)?shù)全局尋優(yōu)，從而獲得最優(yōu)蒸汽吞吐注入?yún)?shù)。
本發(fā)明以蒸汽吞吐目標(biāo)函數(shù)的二次響應(yīng)面模型為適應(yīng)度函數(shù)，采用浮點(diǎn)編碼，初始種群通過(guò)隨機(jī)方式產(chǎn)生，基于幾何分布進(jìn)行選擇操作，采用算術(shù)交叉法進(jìn)行交叉操作，采用非均勻變異法進(jìn)行變異操作。在滿足約束條件的區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)全局尋優(yōu)，獲得滿足收斂條件的注入?yún)?shù)最優(yōu)組合。
在完成步驟8)之后，可以選擇實(shí)施步驟9)：
9)利用蒙特卡洛模型對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行不確定性分析，量化風(fēng)險(xiǎn)，驗(yàn)證最優(yōu)方案的可靠性。
上述各實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，其中方法的實(shí)施步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。