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數據分析 優化復雜井況井位設計

數據分析 優化復雜井況井位設計

通過運用數據分析法,可以幫助工程師在不確定性條件下優化井位設計。

來自丨JPT
編譯丨TOM

關于井位優化設計已經有大量研究,也存在著不同的方法。然而,現場經驗表明這些技術很少得到應用,在實踐中,專家通常首先會確定影響油未來生產的主要因素。在設計最佳的井建參數時會考慮這些因素,然后用全井場油藏模擬模型評估。通常在第二階段處理不確定性因素,通過運行幾個替代模型來測試所提出的開發方案的穩定性,少數情況下,會在完全基于經驗生成的蒙特卡羅模型上測試。

理論中提到的不同優化方法并未在得到應用的原因很多,例如在優化過程中難以處理所有約束條件,模擬運行次數過多,在考慮復雜油水井設計時的效果較差以及方法及其構型的復雜性等。這里提到的方法不僅僅是一種合理的井位優化方法;它是一整套數據分析工具,旨在幫助油藏工程師探索眾多可能的解決方案,并希望找到最佳的解決方案。本文的目的是提供一種適合每個特定油田的方法指南。我們的理念首先遵循油藏工程師使用的典型工作流程,同時添加數據分析技術以改進決策過程。

這項工作主要針對未開發區域,提出了一種解決油田開發規劃問題的方法,盡管類似的工作流程也可以應用于老油田區塊。油田開發規劃的第一步將地質、地震和流體數據納入油藏模擬模型進行研究。

假定可以預測油田開發的簡要方案,更確切地說,油藏工程師將決定是使用水平井還是垂直井以及井的數量,并確定每口井的勘察區域及其運行約束條件??辈靺^域最終可能是調查整個油田,但是特別是在海上區域,可以根據平臺位置確定限制區域。一旦確定了給定井的勘察區域,第二步就是生成可能的井眼軌跡。

生成井眼軌跡

搜索算法是基于系統的暴力算法,所有要測試的位置都需要預先定義。實際上,這是為搜索模式提供規則,并且算法將基于這些規則將完井數據置于儲層模型內。搜索模式本身基于圓形概念,井口位于中心。設定規則時要權衡各個因素,包括計算性能、調查分辨率、期望井設計和鉆井約束。必須定義井口位置、完井前后的內部和外部勘察半徑、勘測方向的方位角、傾角范圍、最大完井長度和目標靶點區域。靶點區域被定義為一個個單元格并賦予儲層屬性,并顯示出在哪些單元格可以完井。

井眼特征篩選和計算

下一步涉及用于表征每個井眼軌跡的特征的定義。需要區分兩組特征:沿井眼軌跡交叉的單元計算的特征和在與井眼軌跡交叉的連通體上計算的特征。油藏中的連通體被定義為一組彼此相連的單元,其中至少一個單元具有高于限定的導水系數。

連通體的概念是這種方法的核心,因為它提供了每口井的流域信息,而無需通過模擬進行評估;但是校準導水系數臨界值應根據使用全場模擬觀測到的流域進行分析。

沿井特征通過對井穿過的單元格屬性進行求和或平均來計算,而對于連通體特征,通過對井眼交叉的所有連通體的屬性求和或平均值。然后針對每個井眼軌跡不同的特征通過不同的模型進行計算。需要注意的是,對于具有數百萬個單元的超大型模型,這個過程可能非常耗時。因此在這個階段可能需要選擇簡化的地質軟件實現。對于每種井眼軌跡組合,實現的所有特征都需要計算平均值。在此階段,可以決定是否停止考慮某些特征平均值。例如,可以決定不使井彼此太近或不使井太接近含水層。

井身結構參數的聚類算法

一旦確定了臨界值,下一步就是由油藏數值模擬選擇井身結構參數。這些參數應盡可能不同,為實現此目的,將聚類算法應用于由每口井及井身結構參數的特征值組成的特征矩陣,K-medoid算法用于選擇在特征矩陣空間中距離最遠的N個結構參數,并且允許機器學習算法學習差異較大的井身結構參數,該算法是被認為是預測性最好的。然后根據選擇的所有油藏認識對所選參數進行模擬。

機器學習模型的構建,現在都可以通過培訓機器學習模型以評估新井的井身結構參數。模型的輸入參數是針對每口井計算的不同特征參數,輸出參數是油藏數值模擬的輸出參數,一般是累積石油產量、采收率或某個未來時間點的凈現值。需要注意的是,如果目標是預測油田的累計產量,則必須使用針對每口井評估的特征參數進行預測。通常每口井將考慮5~10個特征參數;因此如果油田井數超過5口,那么特征參數的數量就會變得非常多。而且,累計計算后將會非常復雜且難以學習。為了簡化學習任務,每口井的累積產量將單獨學習。通過這種方式,問題得到簡化并且向系統提供了更多信息,因為了解了每口井的產量而不僅僅是油田的整體產量。

通過測試不同的機器學習算法以找到最佳模型。為了確定每種算法的準確性,數據分為訓練集和分別由總數據集的80%和20%組成的測試集。模型驗證后,可用于評估數百萬個新井的參數。根據模擬井參數的數量,可以選擇評估所有參數,也可以使用優化方法來找到最佳參數。機器學習算法只是模擬結果的近似值;因此它將用于識別出一定數量的最佳解決方案(通常是十幾個),然后用油藏數值模擬軟件進行評估。

通過提出一種新穎的數據分析工作流程,以幫助油藏工程師找到最佳井位。該方法基于地質特征的啟發式定義(基于專家),可用于訓練機器學習回歸算法,通過使用合理數量的油藏數值模擬訓練(幾千)來預測新井眼軌跡的最終累積產量。同時考慮了不同可能的地質認識產生的地質不確定性。這種方法的可行性已在具有三口水平井的人造模擬油田中得到證實并進行了優化,正在申請在實際油田中應用。

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