本發(fā)明涉及一種多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法，屬于稠油油田多元熱流體吞吐開發(fā)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

多元熱流體吞吐主要通過注入蒸汽(目前階段為熱水)和煙道氣體(CO₂和N₂)，然后關(guān)井燜井，數(shù)日后開井排液采油的方式，來達到降低原油粘度、提高稠油流動性及產(chǎn)能的目的。該方法目前已成為渤海稠油油田主要熱采試驗方式之一。多元熱流體吞吐注入?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)計需進行注入?yún)?shù)優(yōu)化研究。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前多元熱流體吞吐注入?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)，只針對變化某一參數(shù)進行敏感性分析來尋找“拐點”的方法進行優(yōu)化。這種方法費時費力，同時不能充分考慮注入?yún)?shù)之間的交互作用，優(yōu)化參數(shù)往往是之前設(shè)計值，難以獲得最佳注入?yún)?shù)組合方案。正交試驗設(shè)計方法可以減少試驗次數(shù)，但無法在整個注入?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)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種計算量小并且優(yōu)化結(jié)果可靠性高的多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：1)根據(jù)目標油田的地質(zhì)油藏特征建立多元熱流體吞吐三維油藏數(shù)值模擬模型；2)選取注入干度、注入溫度、注入速度和周期注入量等四個對多元熱流體吞吐開發(fā)效果影響較大的注入?yún)?shù)作為設(shè)計優(yōu)化變量；3)對上述四個注入?yún)?shù)選取初始的取值范圍；4)采用試驗設(shè)計方法針對多元熱流體吞吐的注入?yún)?shù)來選取樣本點；5)利用步驟1)所建立的多元熱流體吞吐三維油藏數(shù)值模擬模型對樣本點進行數(shù)值模擬計算，獲得各樣本點所對應(yīng)的多元熱流體吞吐產(chǎn)油量、油汽比、凈現(xiàn)值、冷采基礎(chǔ)上的多元熱流體吞吐產(chǎn)量增幅、采收率增幅和冷采基礎(chǔ)上的多元熱流體吞吐凈現(xiàn)值增幅；6)以多元熱流體吞吐產(chǎn)油量、油汽比、凈現(xiàn)值、冷采基礎(chǔ)上的多元熱流體吞吐產(chǎn)量增幅、采收率增幅和冷采基礎(chǔ)上的多元熱流體吞吐凈現(xiàn)值增幅之一作為目標函數(shù)，利用各樣本點的注入?yún)?shù)及其目標函數(shù)響應(yīng)值來構(gòu)建表征多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)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(jù)構(gòu)建的多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)與目標函數(shù)的近似模型，結(jié)合遺傳算法對注入?yún)?shù)全局尋優(yōu)，從而獲得最優(yōu)多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)。

所述步驟1)中，多元熱流體吞吐三維油藏數(shù)值模擬模型是通過熱采模擬商業(yè)軟件建立的。

所述步驟4)中所采用的試驗設(shè)計方法為Box-Behnken設(shè)計方法。

所述步驟6)中所述的近似模型為采用多項式響應(yīng)面近似模型，其中，二次響應(yīng)面近似模型數(shù)學(xué)表達式如下：

式中，y為響應(yīng)值，k為設(shè)計變量的個數(shù)，ε為隨機誤差，x_i為k維自變量x的第i個分量，β₀，β_i和β_ij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)指標對近似模型的精度進行檢驗，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優(yōu)化結(jié)果進行不確定性分析，量化風險，驗證最優(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：1、本發(fā)明提出了一種多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法，利用響應(yīng)面代理模型技術(shù)，構(gòu)建多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)與其目標函數(shù)響應(yīng)值之間的近似模型，最終把描述多元熱流體吞吐復(fù)雜問題的真實隱函數(shù)轉(zhuǎn)化為顯式的近似函數(shù)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數(shù)值模擬計算，節(jié)省計算成本；結(jié)合遺傳算法，可以在注入?yún)?shù)變化范圍內(nèi)進行全局尋優(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)方法和實施步驟。3、本發(fā)明適用于海上油田多元熱流體吞吐最優(yōu)注入?yún)?shù)的確定，亦可適應(yīng)陸地油田多元熱流體吞吐最優(yōu)注入?yún)?shù)的確定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。

本發(fā)明一種多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)目標油田的地質(zhì)油藏特征建立多元熱流體吞吐三維油藏數(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，所建立的多元熱流體吞吐三維油藏數(shù)值模擬模型應(yīng)盡量體現(xiàn)油藏非均質(zhì)性等實際油藏特征。

2)選取注入干度、注入溫度、注入速度和周期注入量等四個對多元熱流體吞吐開發(fā)效果影響較大的注入?yún)?shù)作為設(shè)計優(yōu)化變量。

3)對上述四個注入?yún)?shù)選取初始的取值范圍，例如參考實際注熱設(shè)備能力，各注熱參數(shù)的取值范圍可分別選擇0.0～0.4、300～340℃、200～300m³/d和3000～5000m³(蒸汽水當量)。在當前階段注入流體為熱水和煙道氣體，注入流體無干度，也可不對注入干度進行優(yōu)化。

4)采用試驗設(shè)計方法針對多元熱流體吞吐的注入?yún)?shù)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。具體可選用Box-Behnken設(shè)計方法，該設(shè)計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，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)所建立的多元熱流體吞吐三維油藏數(shù)值模擬模型對樣本點進行數(shù)值模擬計算，獲得各樣本點所對應(yīng)的多元熱流體吞吐產(chǎn)油量、油汽比、凈現(xiàn)值、冷采基礎(chǔ)上的多元熱流體吞吐產(chǎn)量增幅、采收率增幅和冷采基礎(chǔ)上的多元熱流體吞吐凈現(xiàn)值增幅。

6)以多元熱流體吞吐產(chǎn)油量、油汽比、凈現(xiàn)值、冷采基礎(chǔ)上的多元熱流體吞吐產(chǎn)量增幅、采收率增幅和冷采基礎(chǔ)上的多元熱流體吞吐凈現(xiàn)值增幅之一作為目標函數(shù)，利用各樣本點的注入?yún)?shù)及其目標函數(shù)響應(yīng)值來構(gòu)建表征多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)的近似模型，由此把描述多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)對目標函數(shù)值影響這一復(fù)雜問題的真實隱函數(shù)轉(zhuǎn)化為顯示的近似函數(shù)表達式。

近似模型根據(jù)所能描述的設(shè)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。本發(fā)明采用多項式響應(yīng)面近似模型，該近似模型屬于全局近似，具有建立方便簡單，收斂速度快，能夠采用顯示函數(shù)表達，透明性好等優(yōu)勢。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)表達式如下：

式中，y為響應(yīng)值，k為設(shè)計變量的個數(shù)，ε為隨機誤差，x_i為k維自變量x的第i個分量，β₀，β_i和β_ij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。

將各樣本點的數(shù)據(jù)分別代入上式，代入時，y取值為當前樣本點的目標函數(shù)，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入干度、注入溫度、注入速度和周期注入量。

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)，進而得到二次響應(yīng)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(fù)相關(guān)系數(shù)(R²)指標進行檢驗。復(fù)相關(guān)系數(shù)反應(yīng)了近似模型的準確性，其數(shù)值0<R²≤1，其值越接近1，回歸方程越準確。針對稠油油藏多元熱流體吞吐開發(fā)，本發(fā)明要求相關(guān)系數(shù)大于0.98。

8)根據(jù)構(gòu)建的多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)與目標函數(shù)的近似模型，結(jié)合遺傳算法對注入?yún)?shù)全局尋優(yōu)，從而獲得最優(yōu)多元熱流體吞吐注入?yún)?shù)。

本發(fā)明以多元熱流體吞吐目標函數(shù)的二次響應(yīng)面模型為適應(yīng)度函數(shù)，采用浮點編碼，初始種群通過隨機方式產(chǎn)生，基于幾何分布進行選擇操作，采用算術(shù)交叉法進行交叉操作，采用非均勻變異法進行變異操作。在滿足約束條件的區(qū)域內(nèi)實現(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，可以選擇實施步驟9)：

9)利用蒙特卡洛模型對優(yōu)化結(jié)果進行不確定性分析，量化風險，驗證最優(yōu)方案的可靠性。

上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中方法的實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)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。