论文部分内容阅读
摘 要： 缝洞油藏储集类型多样、连通性复杂、井网规则性差，人工设计难度大，采用常规的井网、井位设计方法难以确定最优的布井位置。针对非均质性极强的碳酸盐岩缝洞油藏的布井优化问题研究较少，本文结合国内外研究现状，指出了各种优化设计方法的优缺点，为井网的设计研究提供了依据。
关键词： 缝洞油藏；井网设计；数值模拟；矢量井网；智能井网；三角井网
【中图分类号】 TE348 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）02-0199-01
1.引言
布井的优化问题是油藏优化设计中具有挑战性的一个重要课题[1]，油藏的开发设计各个阶段都有涉及，包括了油藏开发前期的井网、井型的设计问题，以及油田开发中后期进行的加密井设计等关于布井的诸多方面。如何最大程度提高油气产量及经济净现值，一直倍受关注。
国内外对井网优化问题通常针对常规砂岩油藏，针对非均质性极强的碳酸盐岩缝洞油藏的布井优化问题研究较少，且缝洞油藏地质模型与实际油藏差异大，相比碎屑岩油藏认识程度低、不确定强、优化变量多、优化方案风险性大，因此需要结合碳酸鹽岩缝洞油藏建立一套配套的井网、井位设计方法，指导现场的开发生产工作。
2. 研究内容
2.1基于数值模拟的常规设计方法。
基于数值模拟的井网优化方法是根据油藏实际的地质、井网情况，人为经验制定几种井网方案，然后运用油藏数值模拟选择一个最优的井网方案。基于数值模拟法是离散的，人为主观性较大，且不一定得到最优解，主要是国内在运用。
1996年，杨洪等通过水平井与直井组合布井热采数值模拟研究，提出了水平井与直井组合布井的原则，推荐了两套最佳实施井网。2005年，孙国等以胜坨油田坨28块沙二段1-3单元为例，建立概念模型，应用数值模拟技术，开展了井网重组技术优化研究。2007年，曹仁义等运用油藏数值模拟法对低渗透油藏进行井网优化研究。2007年，张枫等对庄海8井区水平井目的层进行了精细描述，建立了以含油单砂体为目标的三维地质模型，并运用油藏数值模拟方法，研究了影响水平井开发效果的各种因素和最佳的井网组合方式[2]。2007年，凌宗发等为查明水平井注采井网的开发效果及其与传统直井注采井网的区别，采用数值模拟方法研究水平井注采井网部署方案。2008年，冉新权等通过建立鄂尔多斯盆地西峰油田长8油藏的三维地质模型，运用数值模拟技术，研究了最佳的直井和水平井组合方式及其井网形式。2008年，殷代印等以大庆宋芳屯油田芳17区块为研究对象，应用数值模拟方法对该区块目前反九点注采井网的调整进行研究。
碳酸盐岩缝洞油藏储集类型多样、油藏地质模型不确定性强，需要针对缝洞油藏的井网、井位优化问题进行进一步的研究，基于不确定性模型的多模型鲁棒优化策略是解决途径之一。
2.2 矢量井网设计方法。
为了获得更高的油田开发经济效益，国内学者提出了一种使井网矢量与地质矢量协调一致的井网设计方法。油田开发就能带来好矢量井网的概念最初是由长江大学的刘德华等提出的。矢量井网是一种依据渗透率方向调整井网布局的一种综合布井方式。2006年，李阳等提出对于注水开发的油田，需要找到合理的井距，选取合适的井网，从而实现均衡驱替，最大限度地采出地下油气并提高开发效益。
2008年，周涌沂等基于渗流力学理论，对非均质油藏矢量井网的井距设计公式进行推导。根据该公式建造相应的物理模型，进行水驱油对比试验，验证了矢量井网在提高波及系数和注入水的利用率上的实际作用，提高了非均质油藏的开发效率[3]。
2011年，谢启超等采用传统井网形式，针对特低渗透油藏开发中存在的三种不同的裂缝发育情况，进行了矢量井网优化，优化过程中还实施了与矢量化井网相匹配油藏酸化压裂，取得了显著的开发效果，为开发传统特低渗透油藏提供了较好的指导。
2.3 智能井网设计方法。
由于解决人工设计、经验方法所带来的局限性，需要更加系统地对大型油田开发中的井网优化进行求解，斯坦福大学的Jerome Onwunalu提出采用PSO算法对井网优化进行求解的方法。由赵辉、张凯等人将该方法引进。Jerome Onwunalu提出，应用井型描述方式并优化其相关的几何参数可以避免传统方法中遇到的困难。其理论包括三部分：井型描述，变换描述和PSO算法。通过对井型和变换操作进行编码可应用PSO算法进行优化。就平面井网布置来说，Jerome Onwunalu的工作是开创性的[4]。
2.4 三角井网优化方法。
在油田生成井网时，不仅需要考虑到油藏边界、油藏内部断层、裂缝等地质因素的影响，还要考虑开发因素的影响，例如对于已经有少量井的油田，实现井网加密时还会遇到生产井和注水井的约束。该方法能对有上述的约束条件的模型进行优化，但是该方法目前只能实现对三角形井网的设计，其他布井方式尚不可用。
该方法基于Delaunay 三角网格剖分的理论和Voronoi网格生成理论生成考虑约束条件的井网，并在此基础上利用PSO（粒子群）方法对井网进行优化，得到最优的井网布局。
3.结论
（1） 井网优化目标函数的建立。
对于碳酸盐岩缝洞油藏中未布井开发区块，结合缝洞油藏非均质性强的特点，建立缝洞油藏井网优化的目标函数。该目标函数以缝洞油藏数值模拟器来计算油藏开发生产系统，以经济净现值为指标，建立最终的缝洞油藏井网优化数学模型。同时考虑缝洞油藏模型的不确定性，建立基于鲁棒优化策略的数学模型，求取多个模型计算得到的净现值的数学期望作为目标函数。
（2） 井网的变量描述方法的建立。
针对缝洞油藏的特点进行自动优化设计问题，建立可完整描述井网单元变化的控制变量，拟将井网的剪切、旋转、平移、缩放等参数作为控制变量，同时在研究中拟进一步考虑混合井网的设计方法，即在同一次优化中引入不同井网单元、井网密度进行优化，以满足现场的实际需求。
（3） 井网优化模型求解方法的建立。
考虑缝洞油藏的井位优化问题的特殊性，对算法的计算精度和求解方法都提出了更高的要求。因此拟对PSO、SPSA等无梯度类算法进行优选改进，并采用确定性模型和不确定性模型两种方法进行求解并进行对比优选。
（4） 井网约束优化方法的建立。
结合井网优化模型目前存在的问题，拟对存在部分井点、断层等复杂的约束条件的求解方法进行进一步研究，以实现对井网约束优化问题的求解。
参考文献
[1] 张希明.新疆塔河油田奥陶系缝洞型油藏特征[J].油勘探与开发，2001，28（5）：17 -22.
[2] 鲁新便.岩溶缝洞型碳酸盐岩储集层的非均质性[J].新疆石油地质，2003，24（4）： 360-362.
[3] 张希明.新疆塔河油田下奥陶统碳酸盐岩缝洞型油气藏特征[J].石油勘探与开发，2001，28（5）： 17-22.
[4] 谭中良，韩秀贞，海玉芝，等.塔河缝洞油藏驱油体系性能评价[J].石油与天然气化工，2011，40（3）： 271-274.
关键词： 缝洞油藏；井网设计；数值模拟；矢量井网；智能井网；三角井网
【中图分类号】 TE348 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）02-0199-01
1.引言
布井的优化问题是油藏优化设计中具有挑战性的一个重要课题[1]，油藏的开发设计各个阶段都有涉及，包括了油藏开发前期的井网、井型的设计问题，以及油田开发中后期进行的加密井设计等关于布井的诸多方面。如何最大程度提高油气产量及经济净现值，一直倍受关注。
国内外对井网优化问题通常针对常规砂岩油藏，针对非均质性极强的碳酸盐岩缝洞油藏的布井优化问题研究较少，且缝洞油藏地质模型与实际油藏差异大，相比碎屑岩油藏认识程度低、不确定强、优化变量多、优化方案风险性大，因此需要结合碳酸鹽岩缝洞油藏建立一套配套的井网、井位设计方法，指导现场的开发生产工作。
2. 研究内容
2.1基于数值模拟的常规设计方法。
基于数值模拟的井网优化方法是根据油藏实际的地质、井网情况，人为经验制定几种井网方案，然后运用油藏数值模拟选择一个最优的井网方案。基于数值模拟法是离散的，人为主观性较大，且不一定得到最优解，主要是国内在运用。
1996年，杨洪等通过水平井与直井组合布井热采数值模拟研究，提出了水平井与直井组合布井的原则，推荐了两套最佳实施井网。2005年，孙国等以胜坨油田坨28块沙二段1-3单元为例，建立概念模型，应用数值模拟技术，开展了井网重组技术优化研究。2007年，曹仁义等运用油藏数值模拟法对低渗透油藏进行井网优化研究。2007年，张枫等对庄海8井区水平井目的层进行了精细描述，建立了以含油单砂体为目标的三维地质模型，并运用油藏数值模拟方法，研究了影响水平井开发效果的各种因素和最佳的井网组合方式[2]。2007年，凌宗发等为查明水平井注采井网的开发效果及其与传统直井注采井网的区别，采用数值模拟方法研究水平井注采井网部署方案。2008年，冉新权等通过建立鄂尔多斯盆地西峰油田长8油藏的三维地质模型，运用数值模拟技术，研究了最佳的直井和水平井组合方式及其井网形式。2008年，殷代印等以大庆宋芳屯油田芳17区块为研究对象，应用数值模拟方法对该区块目前反九点注采井网的调整进行研究。
碳酸盐岩缝洞油藏储集类型多样、油藏地质模型不确定性强，需要针对缝洞油藏的井网、井位优化问题进行进一步的研究，基于不确定性模型的多模型鲁棒优化策略是解决途径之一。
2.2 矢量井网设计方法。
为了获得更高的油田开发经济效益，国内学者提出了一种使井网矢量与地质矢量协调一致的井网设计方法。油田开发就能带来好矢量井网的概念最初是由长江大学的刘德华等提出的。矢量井网是一种依据渗透率方向调整井网布局的一种综合布井方式。2006年，李阳等提出对于注水开发的油田，需要找到合理的井距，选取合适的井网，从而实现均衡驱替，最大限度地采出地下油气并提高开发效益。
2008年，周涌沂等基于渗流力学理论，对非均质油藏矢量井网的井距设计公式进行推导。根据该公式建造相应的物理模型，进行水驱油对比试验，验证了矢量井网在提高波及系数和注入水的利用率上的实际作用，提高了非均质油藏的开发效率[3]。
2011年，谢启超等采用传统井网形式，针对特低渗透油藏开发中存在的三种不同的裂缝发育情况，进行了矢量井网优化，优化过程中还实施了与矢量化井网相匹配油藏酸化压裂，取得了显著的开发效果，为开发传统特低渗透油藏提供了较好的指导。
2.3 智能井网设计方法。
由于解决人工设计、经验方法所带来的局限性，需要更加系统地对大型油田开发中的井网优化进行求解，斯坦福大学的Jerome Onwunalu提出采用PSO算法对井网优化进行求解的方法。由赵辉、张凯等人将该方法引进。Jerome Onwunalu提出，应用井型描述方式并优化其相关的几何参数可以避免传统方法中遇到的困难。其理论包括三部分：井型描述，变换描述和PSO算法。通过对井型和变换操作进行编码可应用PSO算法进行优化。就平面井网布置来说，Jerome Onwunalu的工作是开创性的[4]。
2.4 三角井网优化方法。
在油田生成井网时，不仅需要考虑到油藏边界、油藏内部断层、裂缝等地质因素的影响，还要考虑开发因素的影响，例如对于已经有少量井的油田，实现井网加密时还会遇到生产井和注水井的约束。该方法能对有上述的约束条件的模型进行优化，但是该方法目前只能实现对三角形井网的设计，其他布井方式尚不可用。
该方法基于Delaunay 三角网格剖分的理论和Voronoi网格生成理论生成考虑约束条件的井网，并在此基础上利用PSO（粒子群）方法对井网进行优化，得到最优的井网布局。
3.结论
（1） 井网优化目标函数的建立。
对于碳酸盐岩缝洞油藏中未布井开发区块，结合缝洞油藏非均质性强的特点，建立缝洞油藏井网优化的目标函数。该目标函数以缝洞油藏数值模拟器来计算油藏开发生产系统，以经济净现值为指标，建立最终的缝洞油藏井网优化数学模型。同时考虑缝洞油藏模型的不确定性，建立基于鲁棒优化策略的数学模型，求取多个模型计算得到的净现值的数学期望作为目标函数。
（2） 井网的变量描述方法的建立。
针对缝洞油藏的特点进行自动优化设计问题，建立可完整描述井网单元变化的控制变量，拟将井网的剪切、旋转、平移、缩放等参数作为控制变量，同时在研究中拟进一步考虑混合井网的设计方法，即在同一次优化中引入不同井网单元、井网密度进行优化，以满足现场的实际需求。
（3） 井网优化模型求解方法的建立。
考虑缝洞油藏的井位优化问题的特殊性，对算法的计算精度和求解方法都提出了更高的要求。因此拟对PSO、SPSA等无梯度类算法进行优选改进，并采用确定性模型和不确定性模型两种方法进行求解并进行对比优选。
（4） 井网约束优化方法的建立。
结合井网优化模型目前存在的问题，拟对存在部分井点、断层等复杂的约束条件的求解方法进行进一步研究，以实现对井网约束优化问题的求解。
参考文献
[1] 张希明.新疆塔河油田奥陶系缝洞型油藏特征[J].油勘探与开发，2001，28（5）：17 -22.
[2] 鲁新便.岩溶缝洞型碳酸盐岩储集层的非均质性[J].新疆石油地质，2003，24（4）： 360-362.
[3] 张希明.新疆塔河油田下奥陶统碳酸盐岩缝洞型油气藏特征[J].石油勘探与开发，2001，28（5）： 17-22.
[4] 谭中良，韩秀贞，海玉芝，等.塔河缝洞油藏驱油体系性能评价[J].石油与天然气化工，2011，40（3）： 271-274.