下描述特定于本技術(shù)的特定實(shí)施例或特定使用而言，這僅僅是用于示例性目的并且僅僅提供示例性實(shí)施例的描述。因此，所述技術(shù)不限于以下描述的具體實(shí)施例，而是包括落入所附權(quán)利要求的真正精神和范圍的所有可選方案、修改和等價(jià)物。
[0031]首先，為方便參考，闡述本申請(qǐng)中所使用的某些術(shù)語和它們?cè)谶@種上下文中使用時(shí)的意義。就本文所使用的術(shù)語不在下面定義而言，它應(yīng)當(dāng)被賦予相關(guān)領(lǐng)域中賦予該術(shù)語的人最廣泛定義，如在至少一個(gè)印刷公開物或發(fā)布專利中所反映的。另外，本技術(shù)不受以下所示術(shù)語的使用的限制，因?yàn)槌洚?dāng)相同或相似目的的所有等效物、同義詞、新開發(fā)以及術(shù)語或技術(shù)都被認(rèn)為在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
[0032]“計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”或“非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)”指參與向處理器提供指令供執(zhí)行的任何非暫時(shí)性存儲(chǔ)和/或傳輸介質(zhì)。這種介質(zhì)可以包括但不限于非易失性介質(zhì)和易失性介質(zhì)。非易失性介質(zhì)包括例如NVRAM或者磁或光盤。易失性介質(zhì)包括動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，諸如主存儲(chǔ)器。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的常見形式包括例如軟盤、柔性盤、硬盤、硬盤陣列、磁帶或者任何其它磁介質(zhì)，磁光介質(zhì)、CD-ROM、全息介質(zhì)、任何其它光學(xué)介質(zhì)，RAM、PROM和EPR0M、閃存EPR0M、像存儲(chǔ)卡的固態(tài)介質(zhì)、任何其它存儲(chǔ)器芯片或盒，或者計(jì)算機(jī)可以從其讀取數(shù)據(jù)或指令的任何其它有形介質(zhì)。
[0033]術(shù)語“氣體”與“蒸氣”可互換使用，并且指處于氣體狀態(tài)的物質(zhì)或物質(zhì)混合，如與液體或固體狀態(tài)區(qū)分。同樣，術(shù)語“液體”指處于液體狀態(tài)的物質(zhì)或物質(zhì)混合，如與氣體或固體狀態(tài)區(qū)分。如本文所使用的，“流體”是可以包括液體或氣體的通用術(shù)語。
[0034]“地質(zhì)模型”是基于計(jì)算機(jī)的地表下地球體積(諸如石油儲(chǔ)層或沉積盆地)的表示。地質(zhì)模型可以采取許多不同的形式。依賴于上下文，為石油應(yīng)用建立的描述性或靜態(tài)地質(zhì)模型可以是3-D單元陣列的形式，地質(zhì)和/或地球物理屬性，諸如巖性、孔隙度、聲阻抗、滲透率或含水飽和度(此類屬性在本文中被統(tǒng)稱為“儲(chǔ)層屬性”)被分配給單元陣列。許多地質(zhì)模型受地層或構(gòu)造面(例如，洪泛面、層序界面、流體接觸面、斷層)和邊界(例如，相變)的限制。這些面和邊界定義模型中有可能具有不同儲(chǔ)層屬性的區(qū)域。
[0035]“油氣”是主要包括元素氫和碳的有機(jī)化合物，但是也可以存在少量的氮、硫、氧、金屬或任何數(shù)量的其它元素。如本文所使用的，油氣通常指從被稱為儲(chǔ)層的含油氣地下巖層采收的有機(jī)材料(例如，天然氣)。
[0036]術(shù)語“天然氣”指從原油井得到的多組分氣體(關(guān)聯(lián)氣體)或者從地下含氣地層得到的多組分氣體(非關(guān)聯(lián)氣體)。天然氣的組成和壓力可顯著變化。典型的天然氣流包含甲烷(C1)作為顯著成分。原始天然氣通常還含有較高碳數(shù)的化合物，諸如乙烷(C2)、丙烷等，以及酸性氣體(諸如二氧化碳、硫化氫、硫化羰、二硫化碳和硫醇)，以及少量的污染物，諸如水、氣、硫化鐵、錯(cuò)和原油。
[0037]如本文所使用的，術(shù)語“最優(yōu)”，“優(yōu)化”(以及這些術(shù)語的派生詞和其它形式和語言相關(guān)的單詞和短語)并非要在需要本技術(shù)找出最佳解決辦法或者做出最佳決定的意義上作為限制。雖然在數(shù)學(xué)上最優(yōu)的解決方案可以實(shí)際上達(dá)到所有數(shù)學(xué)上可用的可能性當(dāng)中最好的，但是優(yōu)化過程、方法、模型和過程的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)施例可以朝這個(gè)目標(biāo)努力，卻從來沒有實(shí)現(xiàn)完美。因此，受益于本公開內(nèi)容的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在本技術(shù)的范圍的語境下，這些術(shù)語更一般。術(shù)語可以描述朝可以是最佳可用解決方案的解決方案、優(yōu)選解決方案或者在一系列約束內(nèi)提供具體好處的解決方案努力，或者不斷改進(jìn)或搜索用于目標(biāo)的高點(diǎn)或最大值。
[0038]“滲透率”是巖石通過巖石的互連孔隙空間傳輸流體的能力。可以利用達(dá)西(Darcy)定律:Q = (k Δ P A) / ( μ L)來測(cè)量滲透率，其中Q =流速(cm3/s)，Δ P =跨具有長(zhǎng)度L(cm)和橫截面面積A (cm2)的圓筒的壓降(atm)，μ =流體粘度(cp)，以及k =滲透率(Darcy)。用于滲透率的通常測(cè)量單位是毫達(dá)西(millidarcy)。
[0039]“孔隙度”被定義為以百分比表示的孔隙空間的體積與材料的總體積之比。孔隙度是儲(chǔ)層巖石的流體的存儲(chǔ)容量的測(cè)量。孔隙度優(yōu)選地是從巖心、聲波測(cè)井、密度測(cè)井、中子測(cè)井或電阻率測(cè)井確定的。總的或絕對(duì)孔隙度包括所有孔隙空間，而有效孔隙度僅包括互連的孔隙并且對(duì)應(yīng)于可用于消耗的孔隙體積。
[0040]術(shù)語“支撐劑(proppant) ”指被注入到油井、氣井、水井以及其它類似鉆孔周圍的地下地層中的裂縫中的微粒材料，以提供支撐，以保持(支撐)這些裂縫開啟并允許氣體或液體通過裂縫流到鉆孔或者從地層中流出。支撐劑通常被用來支撐在地下地層(諸如在水力壓裂期間的油和天然氣井)中形成的開啟裂縫。
[0041]“儲(chǔ)層”是可從其可以采收生產(chǎn)流體的地下巖層。巖層可以包括花崗巖、二氧化硅、碳酸鹽、粘土和有機(jī)質(zhì)，諸如油、氣體或煤，等。儲(chǔ)層的厚度可以從不到一英尺(0.3048米)到幾百英尺(幾百米)變化。儲(chǔ)層的滲透率提供生產(chǎn)潛能。
[0042]術(shù)語“井動(dòng)態(tài)” 一般是指組織可以用來評(píng)估井的任何總體度量。組織可能期望最大化的井動(dòng)態(tài)測(cè)量的例子包括早期油產(chǎn)量、氣井的凝析油(condensate)產(chǎn)量、生存期總油氣產(chǎn)量、生存期油氣產(chǎn)量的凈現(xiàn)值，或者油氣產(chǎn)量的年度投資回報(bào)或R0I。組織可能期望最小化的井動(dòng)態(tài)測(cè)量的例子包括水和非經(jīng)濟(jì)流體的產(chǎn)量、每單位預(yù)期油氣產(chǎn)量的成本，或者財(cái)務(wù)或運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的某個(gè)測(cè)量。本發(fā)明可以被用來直接優(yōu)化這些或其它井動(dòng)態(tài)度量的某種組合，并且不限于僅油氣產(chǎn)量。
[0043]術(shù)語“投資回報(bào)”或“R0I”指被用來評(píng)估投資效率的動(dòng)態(tài)測(cè)量。更具體而言，如本文所使用的，R0I可以是來自井的油氣產(chǎn)量的凈收益減去估計(jì)成本，其中成本可以包括鉆井成本、面積租賃成本、用于基礎(chǔ)設(shè)施的資金以及其它相關(guān)聯(lián)的成本或資本支出。
[0044]當(dāng)參考材料的數(shù)量或量或者其具體特點(diǎn)被使用時(shí)，“基本上”指足以提供該材料或特性預(yù)期要提供的效果的量?？扇菰S的偏差的確切程度在一些情況下可以依賴于具體的語境。
[0045]術(shù)語“增產(chǎn)液”指被注入地層或間隔集(interval set)以便增加通過地層或間隔集的流體流的速率的任何流體或流體的組合。例如，增產(chǎn)液可以被用來壓裂地層、將支撐劑輸送到地層中的裂縫、酸化地層、加熱地層或者以其它方式增加地層中流體的流動(dòng)性。增產(chǎn)液可以包括各種成分，諸如凝膠、支撐劑、破裂劑(breakers)等。
[0046]“井筒”是地下通過鉆孔或插入導(dǎo)管到地下所產(chǎn)生的洞。井筒可以具有基本上圓形的橫截面或任何其它橫截面形狀，例如橢圓形、正方形、長(zhǎng)方形、三角形、或其它規(guī)則或不規(guī)則形狀。如本文所使用的，術(shù)語“井”可以指從位于表面的鉆探中心到地層中的下端或末端的整個(gè)洞。井通常被配置為在地下地層之間來回傳送流體。
[0047]“井參數(shù)”可以包括但不限于位置參數(shù)、鉆孔參數(shù)、填充參數(shù)和生產(chǎn)參數(shù)。位置參數(shù)可以包括例如井頭的經(jīng)度和瑋度、水平段的平均深度以及從跟部到下端的相對(duì)深度和朝向。鉆孔參數(shù)可以包括例如井的幾何形狀和完井幾何形狀。填充參數(shù)可以包括例如顆粒大小、顆粒形狀、顆粒密度、顆粒致密性和顆粒體積。生產(chǎn)參數(shù)可以包括例如鉆孔是否處于過平衡、平衡或欠平衡狀態(tài)、鉆孔是否正在生產(chǎn)或關(guān)閉或者是注入井，或者井底壓力(BHP)和/或井底溫度(BHT)。裝備參數(shù)可以包括例如(一個(gè)或多個(gè))噴嘴的類型、(一個(gè)或多個(gè))噴射噴嘴的能量和方向、盤管的直徑和類型以及一種或多種清洗液的選擇。清洗液通常是水、鹽水、凝膠、聚合物、油、泡沫和氣體，包括上述物質(zhì)的混合物。
[0048]概述
[0049]目前的井設(shè)計(jì)過程常常導(dǎo)致不充分滿足所指定目標(biāo)的井設(shè)計(jì)。因此，本文所述的實(shí)施例基于指定目標(biāo)提供井設(shè)計(jì)。更具體而言，本文所述的實(shí)施例基于預(yù)期的井動(dòng)態(tài)提供用于井的定位、鉆探和完井的合適的參數(shù)組合的確定。在各種實(shí)施例中，井動(dòng)態(tài)是依據(jù)用于從井生產(chǎn)油氣的預(yù)期投資回報(bào)(R0I)來測(cè)量的。但是，例如井動(dòng)態(tài)還可以依據(jù)井的預(yù)期油氣產(chǎn)量、井的預(yù)期油氣產(chǎn)量初始速率、井的預(yù)期油氣產(chǎn)量?jī)衄F(xiàn)值或者井的預(yù)期凈利潤(rùn)來測(cè)量。
[0050]本文所述的井設(shè)計(jì)過程提供表征井的所有可用參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化。更具體而言，本文所述的井設(shè)計(jì)過程提供用于關(guān)于井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的測(cè)量作為整體同時(shí)優(yōu)化井的所有可調(diào)參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)化工作流。因此，參數(shù)之間的所有相關(guān)性在井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化期間都被考慮在內(nèi)。如果某些參數(shù)相關(guān)，使得它們以某種協(xié)調(diào)的方式變化來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，則自動(dòng)優(yōu)化工作流程識(shí)別那些相關(guān)性并且選擇或修改參數(shù)值，使得它們產(chǎn)生最優(yōu)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。而且，自動(dòng)優(yōu)化工作流程只需要記住單個(gè)目標(biāo)，即，事先指定的目標(biāo)生產(chǎn)動(dòng)態(tài)(諸如所生產(chǎn)的總油氣量或者預(yù)期的R0I)的單個(gè)測(cè)量的優(yōu)化，來優(yōu)化參數(shù)。
[0051]此外，根據(jù)本文所述的井設(shè)計(jì)過程，非常大量的可能場(chǎng)景可以被探索。換句話說，給定井的生產(chǎn)模型，對(duì)于多個(gè)參數(shù)值及其組合，通過評(píng)估預(yù)期的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，如由生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)所測(cè)量的，自動(dòng)優(yōu)化工作流程可以遍歷非常大量的場(chǎng)景。因此，自動(dòng)優(yōu)化工作流程本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)所有合理井參數(shù)的空間的搜索，這可以詳盡地進(jìn)行并且按期望完成(給定適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和計(jì)算資源)。
[0052]此外，如果期望，則本文所述的井設(shè)計(jì)過程允許與井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)相關(guān)聯(lián)的不確定性的自動(dòng)結(jié)合和預(yù)測(cè)。在井設(shè)計(jì)過程中所做的預(yù)測(cè)當(dāng)中存在不確定性。這種不確定性可能是由于地質(zhì)模型和動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的不確定性。每當(dāng)不確定性在預(yù)測(cè)期間被估計(jì)時(shí)，這種不確定性可以被用來提供預(yù)期結(jié)果的完整表征。而且，這種不確定性可以根據(jù)本文所述的自動(dòng)優(yōu)化工作流程來直接考慮。
[0053]確定用于井的參數(shù)的技術(shù)
[0054]圖1是用于為井確定滿足對(duì)應(yīng)于井動(dòng)態(tài)的指定目標(biāo)的井參數(shù)組合的方法100的過程流程圖。在各種實(shí)施例中，指定目標(biāo)包括井的R0I的最大化。但是，例如，指定目標(biāo)還可以包括所產(chǎn)生的油氣量的最大化、5年之后生產(chǎn)流速的最大化、井的油氣產(chǎn)量的最初速率的最大化、井的油氣產(chǎn)量的凈現(xiàn)值的最大化、井的預(yù)期凈利潤(rùn)的最大化或者風(fēng)險(xiǎn)的最小化。
[0055]方法100基于用于井的潛在井參數(shù)組合圍繞預(yù)測(cè)井動(dòng)態(tài)的模型迭代。該模型在本文被稱為“井動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)器”。井動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)器可以被用來關(guān)于井動(dòng)態(tài)做出各種預(yù)測(cè)。在各種實(shí)施例中，機(jī)器學(xué)習(xí)或模式識(shí)別被用來關(guān)于可用的相關(guān)數(shù)據(jù)來訓(xùn)練井動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)器。數(shù)據(jù)可以包括但不限于油氣田的地質(zhì)描述(例如地質(zhì)模型)以及附近井的位置和描述(包括工程設(shè)計(jì)描述和歷史生產(chǎn)信息)。
[0056]該方法在方框102開始，生成用于井設(shè)計(jì)的潛在井參數(shù)組合