[发明专利]用于优化油气层开发和管理的系统和方法

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2008年12月16日提交的美国临时专利申请61/122981的权益，其题目为“SYSTEMS AND METHODS FOR RESERVOIR DEVELOPMENT AND MANAGEMENT OPTIMIZATION(用于优化油层开发和管理的系统和方法)”，该申请通过引用全文并入本文。

技术领域

一般而言，本发明涉及油层(reservoir)开发规划和/或油层管理，并且更具体地涉及提供关于油层的开发规划和/或管理的优化。

背景技术

用于油气开采的油气资源(例如油气层(hydrocarbon reservoir))的开发和开采是高度资本密集的工作(endeavor)。因此，对这种油气资源开发和管理规划进行优化存在巨大的经济利益。然而，有效的开发和管理油气资源涉及大量的变量、决策点和其他参数。例如，任何具体油层的开发规划过程通常包括确定地面设施和/或井的最佳类型、尺寸、数量、位置和时机、应该如何且何时连接这些设施和/或井，等等。任何具体油层的油层管理过程通常包括规划加密井的最佳类型、尺寸、数量、位置和时机，测定井的注入率和生产率，等等。

优化开发计划和油气层管理计划是极其困难的。尤其地，地面设施、井和油层本身的行为由用模拟求解的复杂数学模型表示。例如，油层模拟程序用于模拟地下流体通过多孔介质的流动，并且因此通常包括复杂的代表地下网络特征的数学模型。为了优化处理，这种模拟嵌入(embed)优化模型内，其中该模拟针对各个不同参数选择进行，以提供关于具体参数选择的信息——其提供最佳结果。例如，优化算法可调用使用选择的参数设置的模拟、分析模拟结果、调整参数设置、和再次调用该模拟。

在这种优化处理中求解模拟的计算成本是显著的。例如，最大化生产的优化问题可能采用类似一千个模拟从而辨别最佳的参数设置，其中每个模拟可能需要计算一天。

而且，开发规划和油层管理过程通常跨越许多年，这进一步增加了与优化处理相关的计算成本。尤其地，这种优化问题的参数涉及大量决策变量(例如满足许多硬约束(hard constraint)和/或软约束(soft constraint))，其中一些是连续的决策变量，而其它可能选自离散集。因此发生的优化问题通常是大型、高度非线性的，具有连续且为整数的变量，具有昂贵的油层模拟程序模型，并且可能具有复杂的经济情况(complex economics)。因此，以合理的严格程度优化开发规划和/或油层管理过程中的决策是具有高度挑战性的。

学术界和工业界已采取了数种方法来解决复杂的优化问题。尤其地，通过使用预案研究(scenario study)、随机方法和数学编程方法，进行尝试以解决优化问题。

在为解决优化问题应用预案研究中，用户基于先前的经验和判断产生不同的优化参数组合，以创建几个预案。所有预案都被评估，并且基于该结果，可创建新的预案并对其进行评估。这个过程可继续直到符合一些标准。这个方法的缺点是，其依靠用户创建预案。这些预案可导致不好的结果并且可能排除数个适合的或“好的”解。

使用随机方法(即，基因算法(genetic algorithm)、模拟退火(simulated annealing)、禁忌搜索(tabu search))解决优化问题需要用户涉及非常少，但是即使是对小问题也需要很多函数求值(function evaluation)。函数求值随机产生，并且高度可能排除数个好的解。而且，因为需要大量的求值，随机方法通常不是期望的。

用于解决优化问题的数学编程(严格的)方法使用导数(斜率)信息(derivative information)从而使模拟程序达到最佳。这个方法的缺点是，导数通常是不可获得的。如果导数不可获得，那么可微分的替代函数(differentiable surrogate function)可用于代替模拟程序。然而，单独使用替代可能导致对于该替代内容最佳但是对模拟程序内容不可行或差的解。而且，当求解时间关键时，使用数学编程方法的严格方法也是不可能的。使用严格方法的进一步阻碍是现实(大的)大小的问题不能使用现有技术解决。

发明内容