優化井組產量的方法

專利名稱：優化井組產量的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于優化碳氫化合物生產系統的產量的方法，所 述碳氬化合物生產系統包括碳氫化合物生產井組和相關的流體分離組 件。
背景技術：
通常，由井組中的各個井生產的流體流在一個或多個匯管(管匯) 管道中混合成多相流并且經由流體分離組件(包括一個或多個容積和/
或生產分離器(bulk or production separator))發送到流體輸出管道， 用于輸送和銷售油、氣和/或其他流體的至少名義上分離的流。
與容積或生產分離器的出口處的流體流動管理相關的問題是該流 體流動源于井組中的一些或所有井的混合通量，而且不能提供關于由 單個井生產的流體的組成和通量的信息。從而，通常不能實時或瞬時 地精確跟蹤由單個井生產的流體的單獨通量。由于不能跟蹤單個井的 產量并且井的產量和性能隨時間可變，將直接導致在對不同井進行調 節時，不能充分地井進行表征以便預測流量。此外，井的產量由于匯 管和分離器處理來自井的全部潛在產量的能力有限而經常相互作用。 例如，在一個井中的氣產量過高可能減少井組中總的油產量。
另 一個與監控和控制碳氫化合物生產井的產量有關的問題是井可 能產生原油、氣、水和/或冷凝物的混合物而且產量中可能包括原油、 氣、水和/或冷凝物的無規律的段塞流。多相計量計常常太昂貴，嚴重 地限制了操作范圍并且太復雜不能安裝在單個井的流動管道 (flowline)上以便允許實時連續地測量井生產的油、水和氣的單個組 分，尤其是在井的多相流動特性在井的壽命期間發生明顯變化時。其 次，這些多相計量計在啟動時和/或有時還需要校準。從而，在極多數情況下，單個井的流體產量通常不能被直接、精確、連續、或實時地 測量。
國際專利申請WO03/046485公開了產量計量和井測試系統，其中 整個井田的累積產量在生產分離器的下游測量，在該生產分離器中分
離出原油、水、天然氣、固體和/或冷凝物的生產流分(fraction),并 且可以精確監控生產的原油和/或其他流分的通量和成分。這種對整個 井田的井累積產量的精確測量與在每一個單個井處同時進行的井產物 流量測量上游的較不精確測量同時進行并對比。
申請人在2005年11月1日提交的國際專利申請 PCT/EP2005/055680，"用于確定單個井對井組產量的貢獻的方法和系 統"，描述了一種方法和系統，下文中其被稱為"產量總體實時監控" (PURTM)。 PURTM方法允許精確實時地估計單個井對原油、氣和/ 或其他流體生產井的井組的總混合產量的貢獻，其基于由井測試數據 導出和使用混合產量的動態數據定期更新的井模型。PU RTM方法還 不需要在每一個監控井處配置多相流量計。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種在估計單個井對井組產量的貢獻的 基礎上適應油氣生產環境的特別約束條件和要求的優化井組產量的方 法和系統。井組中的井可能在其產物的性質和通量、和/或操作模式、 激勵和/或操縱方面不同。井也可能從多個地下產層或分支進行生產。 井組中的井的井口可能位于陸地或海上、在海平面之上或在海底。根 據本發明的方法可以用于生成一個或多個優化模型，僅考慮特別相關 的井和生產系統的特征和效果。
根據本發明，提供了一種用于優化井組產量的方法，所述井組的 井產物流被混合并且在流體分離組件被分離成原油、氣和/或其他流體 的至少部分分離流，所述方法包括
a)對每個井進行井測試，在此期間，被測井的產量被改變并且一 個或多個單個井的生產變量被監控；b) 根據通過井測試獲得的數據得到與由被測井生產的產物的流 型的變化和監控的井生產變量的變化相關的每一個井的估計模型；
c) 使井投入正常的混合油和/或氣生產；
d) 在步驟c)期間，通過布置在流體分離組件下游的原油、氣和 /或其他流體的至少部分分離流中的流量計監控原油、氣和/或其他流 體的至少部分分離流的動態流體流型；
e) 在步驟c)期間，監控與由單個井生產的多相流的特征有關的 一個或多個生產變量；
f) 在根據步驟b)的估計模型和根據步驟e)監控的生產變量的 基礎上，重復估計井組的動態混合流體流型；
g) 進行動態調和過程，其中，在選定的調和期間
一假設根據步驟f)的估計的動態混合流流型是乘以未知加權系 數的所述各個井產量估計模型的累計；
一未知加權系數通過重復改變每一個加權系數直到估計的動態 混合流體流型與監控的動態流體流型基本上匹配而進行估計；以及
一提供選定調和期間的生產流的最優估計，其中使用各個井調和 因子以及估計模型來估計下一個調和期間的每個井的估計產量；
h) 限定操作優化目標，該操作優化目標由關于一個或多個井和/ 或井組的產量的待優化目標組成。
i) 調節井組的井產物的產量使得逼近優化目標；以及 j)不時地重復步驟g和i。
可選地，根據本發明的方法還可以包括以下步驟 一為井組中的至少一個井識別一個或多個數值操縱變量，該數值 操縱變量可被直接操縱以改變井的產量，而且，其后從由井測試和/ 或在正常混合生產期間獲得的數據、和/或估計模型得到使井操縱變量 與生產的井產物的通量或流型和/或其他特征的變化相關的預測模型。 沒有被識別的操縱變量的井將具有為等于名義估計井產量的恒定值的 預測模型；
一將井組中的所有井的預測模型進行求和以提供總混合產量預測模型；
—在單個井預測模型和總混合產量預測模型的指導下通過井操
縱變量來調節井產物的產量，以便實現所述的優化目標。 可選地，根據本發明的方法還可以包括以下步驟
一測量相互作用壓力，比如連接到井組的井的井口上的流動管道 中的一個或多個生產管匯內的壓力，其中，多個井流動管道的通量在 所述管匯中混合，隨著總井產量的變化，所述壓力的變化指示不同井
的產物流之間的相互作用并使其相關聯；
互作用壓力發生變化的一系列相互作用測試而獲得使相互作用壓力的 變化與井的測量變量相關的動態數據；
一從使相互作用壓力的變化與井的測量變量相關的動態數據獲 得使井操縱變量的變化和相互作用壓力的變化與井產量相關的井預測 模型；
一從正常混合生產期間和/或在生產擾亂期間和/或通過進行其 間相互作用壓力發生變化的一系列測試而獲得使相互作用壓力的變化 與總混合產量相關的動態數據，而且其后，獲得使相互作用壓力的變 化與流動通過管匯的總混合產量流相關的一個或多個管匯相互作用模 型；
一將井預測模型與相互作用壓力模型結合以便獲得總混合產量 預測模型。
可選地，根據本發明的方法還可以包括通過根據當前流動來修正 預測模型而周期地重復優化方法的步驟，使得修正的預測模型反映如 由動態調和過程估計的當前流動。
優化目標可以是一個使累計的或平均的組合和/或單個井產量與 實際純貨幣收益或總貨幣收益或增長的貨幣收益相關的收益函數，可 選地包括相關的生產成本。
可以要求在服從產量約束條件的同時實現優化目標，該產量約束 條件包括對操縱變量和/或各個井產量、和/或井生產數量(包括測量數據)、和/或井組的產量的約束，和/或對相互作用壓力的約束和/或對 混合總產量的約束。
根據本發明的方法還可以包括通過使用相對于操縱變量的多個數 值優化算法來進行優化的步驟，其基于操作優化目標(可選地帶有約 束條件)和井生產預測模型和/或總混合生產預測模型，以便產生一組
實現操作優化目標的最優操縱變量。
可選地，通過調節在井的井口處或與井連接的流動管道中的產量 節流閥的打開或者在井的氣舉注氣系統中的流量控制閥的打開或其他 通過激勵或限制井產量的方法來改變井的井產物產量。
可選地，可以通過將井產量重新發送穿過連接在上游管匯和下游 管匯之間的平行生產管匯管道來調節生產系統的相互作用壓力或者通 過調節流體分離組件(單個或多個)的壓力來改變井的井產物產量。
動傳送到井和生產系統:或者替代地,、在操作人員驗證之后傳i到井 和生產系統。
可選地，可以部分或完全地根據井和/或生產系統的理論的和/或 經^驗的物理和/或4幾械和/或化學特征而生成一個或多個估計和/或預測 模型。
和/或生產基礎設施和/或井的狀態和/或生產設備的狀態的變化；以及 可選地，優化目標可以通過進行優化過程來貫徹，該優化過程的結果 被執行和/或用于分析和規劃和/或被記錄以用于將來的操作。
在此概述的方法和系統還可應用于通過可選地臨時停止井組中的
優化目標的情況。
估計和/或預測模型中的一個或多個可選地可以相對于井和/或生
或評價；為了故障診斷和/或分析診斷和/或用于改進模型和/或用于分 析，從而導致較長時間范圍生產管理和優化活動。當井組的一個或多個井被周期性地或間歇地操作、或者不時地操 作時，以及與將被優化和可選地被約束的產量或有關量在大于周期性 或間歇操作的時間周期的固定時間周期被評價(例如被平均)時，本 發明的方法也適用。
當井組的一個或多個井被周期性地或間歇地操作、或者不時地操 作時，以及其操作持續時間(作為固定時間周期的一部分)被作為井 的操縱變量時，本發明的方法也適用。
中的井所限定的優化目標。在這種情況下，除了"井產量估計模型"和 "井產量預測模型"之外，還生成"產層產量估計模型"和"產層產量預測 模型"。
根據本發明的方法允許單獨地并且在總體生產設備的范圍內將井 性能的表征為可以在各井處自由操縱并且也用于總體設備的變量的函 數。井的表征和它們與設備的相互作用允許在生產設備的范圍內直接、 精確、實時地預測和優化井產量。根據本發明的方法可以包括對生產 的約束條件的因素，這些約束條件既產生于設備的限制造成的井之間 的相互作用又產生于外部施加的約束條件。根據本發明的方法也稱為
"產量總體實時優化"(PURTO)。
根據本發明的"PU RTO"方法相對現有技術的方法具有幾方面優 點，例如，如在國際專利申請PCT/EP2005/055680所描述的PU RTM 中概述的。特別地，根據本發明的"PU RTO"方法可以用于從單獨在 井和生產設備處進行的簡單井和生產測試而得到各種井和生產系統特 征，使得模型更容易維護并且無需不連續測量的測量數據和量，盡管 在生產環境中經過多個時間周期可能不可預測地變化，比如管道的表 面粗糙度、儲層壓力一體積一溫度的流體特性和組成成分、裝置和井 性能曲線等變量。換句話說，"PU RTO"是"數據驅動"的。特別地， 混合井生產系統的"總井和生產系統模型，，不用預想而純粹根據測量數 據刻 被構造，根據本發明的方法可以用于提供組合的井和生產系統的表征，另 外其將有益于離線分析和規劃活動。換句話說，本發明的另一個益處 是其可以提供一種將實時的當前井生產特征與離線分析和建模結合起 來以支持以更廣泛的、每周的、每月的方式來規劃和優化集成生產系 統的生產能力的方法和系統，所述集成生產系統包括多個井組和相關 的生產設備。


參照附圖通過實例更詳細地描述本發明，其中
圖1示意性地顯示了根據本發明的生產系統，其中由用兩個井代 表的多個井的井組生產了包括原油、水、天然氣和/或其他流體的多相 流混合物，并且該多相流混合物經由多相流輸送管線輸送到容積分離
器中；
圖2示意性地顯示了如何從一組井和生產系統的測試數據生成 "修正的井產量預測模型，，和"修正的井和總產量預測模型，，；以及
圖3示意性地顯示了如何將"井操作產量優化"問題和"總體設備 操作產量優化"問題用公式表示以便為單個井優化所選定的井求解"最 優設定點"，以及為其他井和總體生產設備求解"最優設定點"。
具體實施例方式
參照圖1。圖1描述了包括井組的生產系統的一個簡單實施例， 所述井組的產物在生產管匯處被混合并被傳送到生產分離器。詳細顯 示了井l，該井1可看作是井組中其他井的代表。然而，井組中的其 他井在其產物的性質和通量、和/或操作/激勵/操縱的模式方面可以不 同。
井1包括固定在地下地層4的井眼中的井套管3和從地面延伸到 地下地層的生產管5。井1還包括設有用于進行井測量的監控裝置的 井口 10,所述井測量通常用于測量管頭壓力(THP) 13和流動管道壓 力(FLP) 14。可選地，可以有用于進行地下測量(例如井下管壓力(DHP) 18)的井下監控裝置和/或地下和/或地面的管和/或流動管線的 壓差計(例如濕式氣體計(未顯示)。井還可以從多個地下產層或分支 進行生產。井組中的井的井口可以位于陸地或海上，在海平面之上或 在海底。
井l(同井2)和井組中的一些但不必是所有的其他井還將具有一 些調節產量的裝置，比如產量控制節流器11或固定的梁式油嘴節流 器(未顯示)和/或氣舉注氣控制系統12或井下層段控制閥(未顯示)， 其控制井的一個或多個流入區的產量。數值的"操縱變量"與這些調節 產量的裝置中的每一個相關聯。
生產系統還包括從井口 IO延伸到生產管匯21的多個生產流動管 道20、生產管道23和分離混合多相流的裝置(在這種情況下是生產 分離器25)。生產管匯壓力測量計22和生產分離器壓力測量計26如 所示的常常可用在生產管匯和生產分離器上。將有一些用于調節生產 分離器水平、和可選地調節其壓力或分離器的單相出口之間的壓差的 裝置。為了簡單起見，圖1中顯示了壓力控制回路27。通常，生產管 匯壓力測量數據22 (替代地，生產分離器壓力測量數據26 )將用作"相 互作用壓力"，其隨著生產率變化而發生變化，該生產管匯壓力測量數 據是一種井之間的相互作用程度的指示器。
生產分離器25設有分別用于水、油和氣的出口35、 36和37。出 口 35、 36和37中的每一個分別設有流量計量裝置45、 46和47。可 選地，水和油的出口可以被組合在一起。可以可選地通過調節來自37 的氣流量控制生產分離器的壓力，從而影響管匯壓力26和流動管道壓 力14而且因此影響各個井的產量。
井測量數據包括至少來自13的數據，可選的來自14、 18的數據、 來自12的氣舉注入速率、產量節流器11的位置以及其他可得到的裝 置的數據，這些井測量數據被連續地傳送到"生產數據采集和控制系 統"50。同樣地，混合產量測量數據45、 46、 47也被連續地傳送到"生 產數據采集和控制系統"50。通常的數據傳輸路徑用14a和45a表示。 50中的數據被存儲，隨后可用于非實時數據檢索，用于如在本專利中所概述的數據分析和構建模型。"生產數據采集和控制系統"中的數據
也被"PURTM"實時存取，與用于單個井產量的連續實時估計的"井產 量估計模型"結合使用。還可根據"生產數據釆集和控制系統"50來調 節一些井生產率控制(例如，生產節流器打開或氣舉注入速率)，用于 遠程調節和優化井產量，氣舉注入速率控制的信號線被顯示為12a。
的表征。、在沒有井測試i備::可以利用來自生產分離器的測量數據
45、 46、 47來進行井測試模型的構建。
現在參照圖2,圖2提供了本發明的"數據驅動"的建模過程的一 個優選實施例。目的是僅考慮了井和生產系統的特別相關的特征和效 果而生成適合本發明的目的的足夠有用的模型。該程序生成了用于^ 個井f = 1,2,..., n的井組的"修正的井產量預測模型"和"修正的井和總產量 預測模型"，其中，每個井的"操縱變量"已經被識別，而且有專用井設 備,描述如下
一進行一系列井測試，其中在此期間每個井的產量發生變化，用 于通過改變該井的"操縱變量"來對井進行表征。井測試數據60用于以 少,yXM,，v,)的形式生成"井產量估計模型"61，對于",、v,處于組",^范 圍內有效，其中向量乂是井/的油、水和氣的產量，",是在井,處的測量 向量，v,是在井/處的操縱變量。使用專用井測試設備構建"井產量估 計模型"的過程與先前在"PURTM"中所概述的一樣。在"PURTM"中 測量變量",和操縱變量v,(其也被測量)之間不進行區分，但在本發明 中需要區分；
—然后進行一 系列"井和生產設備相互作用測試"以便獲得"井和 生產設備相互作用測試數據"62，或者替代地，數據還可從"生產數 據，，63獲得，所述"生產數據"包括在正常生產(比如在主要的氣生產 井被關閉時)期間的動態事件記錄。
一然后構造使井的"操縱變量"的變化和"相互作用壓力"的變化 與在井的流動管道處的測量數據相關的"井產量操縱和相互作用模 型，，65。"操縱變量，，和井流動管道處的測量數據之間的關系可以通過在正常井生產期間調節操縱變量并記錄在井流動管道處的測量數據的反
應而從井測試數據(例如"DDWTs") 60或從"生產數據"63獲得。同 樣地，"相互作用壓力，，和井流動管道處的測量數據之間的關系可以通 過根據記錄在正常生產期間的動態事件的"生產數據"63或"井和生產 設備的相互作用測試"數據62來建立。
對于每個井,=1,2,...,"的"井產量操縱和相互作用模型"65將具有的 形式為",=g,(v,，w)，其中w e『，是在組ff范圍內的共用"相互作用壓力"， ",是在井/處的測量向量，v,是在井/處的操縱變量，和之前的一樣。
然后，每個井,、l,2,…^的"井產量預測模型"66將根據"井產量估計 模型"61和"井產量操縱和相互作用模型"65生成，表示如下
<formula>formula see original document page 16</formula>
以便函數Wv,，w)使得向量少，(井/的油、水和氣的產量)與w (共 用的"相互作用壓力")和v,(井f處的操縱變量)相關。
給定井66的表征，現在需要獲得在本實施例的生產管匯處的"相 互作用壓力，、與經由生產管匯發送的總混合生產流量的相關性，以及 可選地在也影響"相互作用壓力"的總體設備水平(例如，在生產分離 器的壓力設定點27)下操縱的變量^的相關性。這通過使用"井和生 產設備相互作用測試"數據62來建立"相互作用壓力模型"67， w4CP，"，而實現，其中，j)被定義成發送到生產管匯的井產量的總
和的向量，在這種情況下，
<formula>formula see original document page 16</formula>
存在以下情況，其中來自井測試或產量的數據對于整個系統的特 定井或部分井不可用或不可靠，例如當井尚未投入生產時。在這種情 況下，基于井和/或生產系統的理論的和/或經驗的物理和/或機械和/或 化學特征表示的模型可以用來代替65或67。
一旦生成"井產量操縱和相互作用模型"66和"相互作用壓力模 型"67,按照如圖2的流程的在線部分以及然后如圖3的流程執行優化 過程。希望的產量優化表達式被提出如下一選定井的井優化78用下標組/ (一個適當的子集l.2,…,")限定 成的形式為
所經受的約束條件為、(H",)》0， 乂-l,2,…乂,。其中，i ,(乂,v,)是每 個井/的目標或收益函數76,通過改變v,(井/處的操縱變量)而被最 大化，并經受分別關于y,(井產量)、v,(井操縱變量)和"，(測量變 量)的用約束不等式c,》,，v^:RO限定的J,約束條件77。
—對于井fg/ (未曾作為78的一部分被優化的井)總產量優化
83的形式為
max《(M,yO
力風
所經受的約束條件為c,(j),y.,V.,W.,W，V )20 ， 7 = 1.2,…,J,。其中，
W(j),",^,w，vJ是目標或收益函數81，通過改變v,(井,g/處的操縱
變量)而被最大化，并經受分別關于;P (總混合產量)、w (相互作用 壓力)和、(可選的在總設備水平下可以操縱的變量的向量)的以及y, (單個井產量)、v,(井操縱變量)和"，(測量變量)/ = 1.2,3,...,"的^約
束條件82， 。(j),少,.,v,.,w,.,w,Vw)》0。
對于處于正常混合生產的井，"PU RTM，，在線運行以便在每個單 個井70處產生連續實時的產量估計。單個井產量義的"當前的""PU RTM"估計、以及"當前的"測量數據和操縱變量值巧、W用于通過限定
在y,、 S和iP處的恒定偏移量",義-WR;)來修正"井產量操縱和相互作 用模型，V,^,(v,，w)。然后"修正的井產量預測模型"75具有的形式為 X二Wv,，HO+",。修正過程允許優化過程集中在井產量和總產量的遞增變
4匕，4吏4f ^口果Av, =v,—7, 、 Aw=w —W、 Ay,=y,—^，貝'J若Av, =0iLAw = 0 ， 那么Ay,-O,。出于示例說明目的，對于每個井/的"修正的井產量預測
模型"75可以以"分離差(separated difference )"的形式Ay, = 4Av, +
來計算。符號4、 ^可被視為或者是矩陣或者是操作Av,和Aw的函數。 可選地，Av,和Aw的截項和第二和更高次項可被插入而不損失一般性。
對于希望進行井優化的井中的每個井/"，給定其"修正的井產量預測模型"75、和目標或收益函數76以及相關的優化約束條件77，則 可以構建井優化78以便求解最優值v,, 79 (井/處的操縱變量)。應該
注意的是井優化必須假設共用相互作用變量w在井優化時不變或者對 優化結果的影響可忽略，該變量w是一個受井的共同產量和在總生產
系統水平下的變量影響的變量。
"相互作用壓力模型，，67， w"(j),Vw)，可以通過限定恒定值
而被修正，其中，混合產量測量j)的"當前名義值，，用y表
示。然后，"修正的相互作用壓力模型"的形式為w"CP,0 +《。此外， 我們假設估計義已經通過"PU RTM"以及最近的名義總混合產量測試
而被充分調和，使得
\飛
再者，處于示例說明目的，"修正的相互作用壓力模型"也可以具
有"分離差，，的形式AM^KAj) + M ，其中
以及Avw = Vw 一 、。
現在是來自"修正井產量預測模型"75的總混合產量的估計。
因此，"差額，，形式的"修正的井+總產量預測模型"80通過將"修正的井 產量預測模型"75和"修正的相互作用壓力模型，，相組合而被構造。從
Aj) = (t 乂 ) - 7 = t ~, = t ，, + A Aw = 14Av, + (l] A X尺AP + ZA、) 我們得到
Aj) = 1+ (t +丄O
i=i ,=i
其是分別與變量Aj)(總混合產量)、Av,(井處的操縱變量)、A、(在
總生產系統水平下的操縱變量)相關的隱函數形式的"修正的井+總產 量預測模型"80。對于Av,、 A^的給定值，根據函數形式
80的隱函數形式Aj)可以通過多種方法求解。在這種情況下，相互作用成分
/-
是實數矩陣，例如，我們有Aj) = 14 Av, + )丄化
/=1 / = 1 /=1
對于給定v,、 ^的值，其可求解A夕。除非，例如算子 [/-(t訓
是不可逆的。
然后，優化總體設備的產量所需要的操作變量v,、 的估計通過 將"修正的井+總產量預測模型"80與目標或收益函數81以及相關的優 化約束條件82組合而獲得，以便形成"總設備操作產量優化"83。然后， 進行優化以便求解"最優操作變量"(v,、 vw)的最優值84。
根據83的形式，優化變量84可以被直接計算或應用自動數值迭 代優化程序。有可根據83的形式而應用的多種自動數值迭代優化方 法。例如，參見1993年出版的MBazaraa、 H.D. Sherall和C.M.Shetty 編著的教科書"非線性編程 一 理論和算法(Nolinear Programming—Theory and Algorithms )"第二版，或其他類型的嚴格 的或啟發式的"全局優化"方法，例如參見L.T. Biegler和I.E. Grossmann發表在《計算機和化學工程》，2004年，第28期，第 1169-1218頁的"第一部分優化的回顧，，和"第二部分優化的展望"， 在此引入作為參考。對于其中操縱變量是連續變量并且83通過連續光 滑的非線性模型和收益函數以及不等式約束條件來限定的優選實施 例，帶有多個起始點的連續二次方程程序(SQP)用于進行自動數值 迭代優化以便求出"最優操縱變量"。
然后，"優化操縱變量"組可用于進一步操作。可選地，"優化操縱 變量，，被報告給生產設備操作員以便在井和設備處執行操作，或者替代 地，直接傳送到用于自動執行操作的"生產數據采集和控制系統"50。
不時地進行優化操縱變量的計算和應用，而且其被"優化啟動系 統"90控制。優選地，"井操作產量優化"和"總設備操作產量優化"周期性地(例如， 一天一次)被啟動和/或預期到井管理哲學或生產系統 或約束條件或優化目標的狀態的改變而根據需求被啟動。在一個實施 例中，氣舉可用情況的變化將自動啟動優化過程。
在根據本發明的"PU RTO"方法的優選實施例中 —在必要時使用當前的最新數據和歷史測試數據來驗證和更新 所有模型。
一通過檢查正常井測試而周期性地驗證和更新"PURTM井產量 估計模型"。
—井操縱變量在正常井生產期間被周期性地循環以便允許驗證 和更新"井操縱和相互作用模型"。
一在正常操作條件下獲得產量數據以便在需要時驗證和更新"井 操作和相互作用模型"和"相互作用壓力模型"。
—在被操作員檢查后傳送"優化操縱變量"。
—計算優化步驟除了確定正在生產的井的"優化操縱變量，，之外， 還確定或者被打開以便恢復單個井生產或者被關閉以便停止單個井生 產，或者在不同的生產分離器之間轉換的井。在這種情況下，操縱變 量v,、 vv將包括二進制數值0或1，而且不同的嚴格的和啟發式的方法
可根據所用的模型結構和優化表達式而用來求解。
一反映井和生產系統的實際情況的井和總生產系統的預測模型 應當周期性地與井和/或生產系統的理論的物理和機械模型(如果有的 話)進行對比和評價。從根據本發明的真實的井性能所獲得的模型相 對于理論模型的評價和對比將產生幫助較長時間范圍生產管理和優化 活動的信息。
權利要求
1. 一種用于優化井組產量的方法，所述井組的井產物流被混合并且在流體分離組件中被分離成原油、氣和/或其他流體的至少部分分離流，所述方法包括a)對每個井進行井測試，在此期間，被測井的產量被改變并且一個或多個單個井的生產變量被監控；b)根據通過井測試獲得的數據得到與由被測井生產的產物的流型的變化和監控的井生產變量的變化相關的每一個井的估計模型；c)使井組投入正常的混合油和/或氣生產；d)在步驟c)期間，通過布置在流體分離組件下游的原油、氣和/或其他流體的至少部分分離流中的流量計監控原油、氣和/或其他流體的至少部分分離流的動態流體流型；e)在步驟c)期間，監控與由單個井生產的多相流的特征有關的一個或多個井生產變量；f)在根據步驟b)的估計模型和根據步驟e)監控的生產變量的基礎上，重復估計井組的動態混合流體流型；g)進行動態調和過程，其中，在選定的調和期間—假設根據步驟f)的估計的動態混合流流型是乘以未知加權系數的所述各個井產量估計模型的累計；—未知加權系數通過重復改變每一個加權系數直到估計的動態混合流體流型與監控的動態流體流型基本上匹配來進行估計；以及—提供選定調和期間的生產流的最優估計，其中使用單個井調和因子以及估計模型來估計下一個調和期間的每個井的估計產量；h)限定操作優化目標，所述操作優化目標由關于一個或多個井和/或井組的產量的待優化目標組成；i)調節井組的井產物的產量使得逼近優化目標；以及j)不時地重復步驟g和i。
2. 根據權利要求1所述的方法，還包括以下步驟—為井組中的至少一個井識別一個或多個數值操縱井生產變量， 所述數值操縱井生產變量能被直接操縱以改變井的產量，而且，其后 從由井測試和/或在正常混合生產期間獲得的數據和/或估計模型得到 使井操縱變量與生產出的井產物的通量或流型和/或其他特征的變化 相關的預測模型，其中，沒有被識別操縱井生產變量的任何井將具有為等于名義估計井產量的恒定值的預測模型；—將井組中的所有井的預測模型求和以提供總混合產量預測模型；一在單個井預測模型和總混合產量預測模型的指導下通過井操 縱變量來調節井產物的產量，以便實現所述的優化目標。
3. 根據權利要求2所述的方法，還包括以下步驟一測量一個或多個相互作用壓力，比如與井組的井的井口連接的 井流動管道中的一個或多個生產管匯內的壓力，其中，多個井流動管 道的通量在所述管匯中混合，隨著總井產量的變化，所述壓力的變化 指示不同井的產物流之間的相互作用并使其相關聯；一從正常混合生產和/或在生產擾亂期間和/或通過進行其間相 互作用壓力發生變化的一系列相互作用測試而獲得使相互作用壓力的 變化與井的測試變量相關的動態數據；一從使相互作用壓力的變化與井的測量變量相關的動態數據獲 得使井操縱變量變化和相互作用壓力的變化與井產量相關的井預測模 型；—從正常混合生產期間和/或在生產擾亂期間和/或通過進行其 間相互作用壓力發生變化的 一 系列測試而獲得使一 個或多個相互作用 壓力的變化與總混合產量相關的動態數據，而且其后獲得使一個或多 個相互作用壓力的變化與流動通過管匯的總混合產量流相關的 一個或 多個管匯相互作用模型；—將井預測模型與相互作用壓力模型結合以便獲得總混合產量 預測模型。
4. 根據權利要求2和3所述的方法，所述方法還包括周期地重復優化方法，其通過根據當前流動來修正預測模型而使得修正的預測模 型反映由動態調和過程估計的當前流動。
5. 根據權利要求1-4中任一項所述的方法，其中，優化目標是一 個使累計的或平均的組合和/或單個井產量與實際純貨幣收益或總貨 幣收益或增長的貨幣收益相關的收益函數，可選地包括相關的生產成 本。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，在服從產量約束條件的同 時實現優化目標，所述產量約束條件包括對操縱變量、和/或各個井產 量、和/或包括測量數據的井生產數量、和/或井組的產量的約束，和/ 或對相互作用壓力的約束和/或對井組的混合總產量的約束。
7. 根據權利要求5或6所述的方法，還包括通過使用對操縱變量 的多個數值優化算法中的任一個來進行優化的步驟，其基于可選地帶 有約束條件的操作優化目標和井生產預測模型和/或總混合生產預測模型，以便產生一組實現操作優化目標的最優操縱變量。
8. 根據權利要求1-7中的任一項所述的方法，其中，井的井產物 產量通過以下方式來改變，即通過調節在井的井口處或與井連接的流 動管道中的產量節流閥的打開或者在井的氣舉注氣系統中的流量控制 閥的打開或通過其他激勵或限制井產量的裝置，比如任何可逆的和可 控的關閉和打開井的裝置，在井處帶有作為致動器的產量節流閥的控 制回路的設定點，關于井氣舉注入速率或壓力、井氣舉注入關閉持續 時間、井氣舉注入打開持續時間、井氣舉注入速率的控制回路的設定 點，在井噴射泵液力流體注入線路上的控制回路、井電潛水泵(ESP) 的速度、井桿式泵馬達速度、井桿式泵的關閉持續時間和/或井的井下 層段控制岡的打開的設定點。
9. 根據權利要求1-8中的任一項所述的方法，其中，井的井產物 產量通過以下方式來改變，即通過利用將井產量重新發送穿過連接在 上游管匯和下游管匯之間的平行生產管匯管道來調節生產系統的一個 或多個相互作用壓力、和/或通過調節流體分離組件的壓力、和/或通 過調節用于將井產物發送到混合產量或將混合產量發送到一個或多個生產分離器的一個或多個管匯的閥、和/或通過調節流體分離組件的輸 出管道中的壓縮機的速度。
10. 根據權利要求1-9中的任一項所述的方法，其中，為實現優 化目標所預測的所需調節自動傳送到井和生產系統，可選地，在操作 人員驗證之后傳送到井和生產系統。
11. 根據權利要求1-10中的任一項所述的方法，其中， 一個或多 個估計和/或預測模型能可選地部分或完全地根據井和/或生產系統的 理論的和/或經驗的物理和/或機械和/或化學特征來生成。
12. 根據權利要求1-11中的任一項所述的方法，其中，優化目標設施和/或井的狀態和/或生產設備的狀態的變化；以及可選地，優化 目標可以通過進行優化過程來貫徹，所述優化過程的結果被執行和/ 或用于分析和規劃和/或被記錄以用于將來的操作。
13. 根據權利要求1-12中的任一項所述的方法，其中，優化目標 通過可選地臨時停止井組中的一個或多個井的生產或者啟動井組的初 始未進行生產的井的生產來實現。
14. 根據權利要求2和3所述的方法，其中，估計和/或預測模型 中的一個或多個可選地能相對于井和/或生產系統的理論的和/或經驗 的物理和/或機械和/或化學特征進行比較和/或評價；為了故障診斷和/ 或分析診斷和/或用于改進模型和/或用于分析，導致較長時間范圍生 產管理和優化活動。
15. 根據權利要求1-13中的任一項所述的方法，其中，井組中的 一個或多個井被周期性地或間歇地操作、或者不時地操作，并且將被 優化和可選地被約束的產量或有關量在大于周期性或間歇操作的時間 周期的固定時間周期被評價(例如被平均)。
16. 根據權利要求15所述的方法，其中，井組的一個或多個井被 周期性地或間歇地操作、或者不時地操作，并且作為固定時間周期的 一部分的其操作持續時間被用作該井的操縱變量。
17. 根據權利要求1-13中的任一項所述的方法，其中，所述方法化目標，在所述情況下，除了"井產量估計模型"和"井產量預測模型" 之外，還生成"產層產量估計模型"和"產層產量預測模型"。
18.根據權利要求1所述的方法，其中井生產變量，比如各個井 產物流的壓力和/或其他流體流動特征包括一個或多個如下變量井管 頭壓力；井流動管道壓力；井管頭溫度；井流動管道溫度；跨越井生 產節流閥的壓差；井流動管道上的跨越包括濕式氣文丘里管的任一壓 差產生器的壓差；流量計量數據，比如名義上僅適用于單相流的流量 計量數據，所述流量計量數據適于用作井估計模型的輸入，甚至在當 井具有多相流時也是如此；井生產節流閥的打開狀態或位置；可逆的 和可控的關閉和打開井的任何裝置的打開狀態和位置；井氣舉注入速 率；井噴射泵的液力流體注入速率；井生產套管壓力；井電潛水泵ESP 的速度；井ESP泵的入口壓力；井ESP的井下泵的排放壓力；井ESP 的井下文丘里管的壓差；井ESP的功率消耗；井ESP的馬達相電流； 井桿式泵的馬達輸入功率；井桿式泵的馬達速度；井桿式泵的沖程排 量；井桿式泵的負載單元數據；梁式泵齒輪箱軸的位置；井桿式泵的 速度差/馬達/齒輪箱滑動；井的井下管壓力；井的井下環形空間壓力； 井的井下管或井環形空間的溫度，或其來自分布式溫度傳感器的不同 衍生數據；井的井下層段控制閥的打開狀態；來自安裝在井流動管道 上的一個或多個聲傳感器的聲音頻率選擇的幅值；在井流動管道上的 上游到下游方向上安裝的兩個或更多個聲傳感器的頻率選擇的相關聲 模式的傳播延遲情況。
全文摘要
本發明涉及一種在估計單個井對井組產量的貢獻的估計基礎上適應油和氣生產環境的特別約束條件和要求的優化井組產量的方法。井組中的井可能在其產物的性質和通量、和/或操作模式、激勵和/或操縱方面不同。井也可能在多個地下產層或分支進行生產。井組的井口可能位于陸地或海上，在海平面之上或在海底。根據本發明的方法可僅考慮井和生產系統的特別相關的特征和效果時而生成一個或多個優化模型。
文檔編號E21B49/00GK101415905SQ200780012532
公開日2009年4月22日 申請日期2007年4月5日 優先權日2006年4月7日
發明者C·E·蒙丘爾, J·J·M·布里耶斯, K-C·吳, P·奧弗舍爾 申請人:國際殼牌研究有限公司