[发明专利]一种基于多尺度油藏模型的多保真注采优化方法

说明书

本发明涉及一种基于多尺度油藏模型的多保真注采优化方法，本发明以多尺度数值模拟配合多保真差分进化，兼有低保真方法的寻优速度快和高保真方法计算精度高的优势，在保证计算精度的前提下大幅节省寻优时间，能够利用有限的时间资源得到最具经济效益的注采策略；采用多保真引导优化，能够在差分进化中自适应的调节变异策略和缩放因子。通过初始全局搜索接近最优解，通过局部最优策略加快收敛速度，全局随机策略跳出局部最优。并随算法进行，自适应地调整缩放因子，合理控制差分变异幅度。

技术领域

本发明属于油气田开发领域，具体涉及一种基于多尺度油藏模型的多保真注采优化方法。

背景技术

注水开发是当前我国乃至全球至大部分油田的主要开发方式，如何优化注采制度从而提高采收率是提高油田开发效益的关键。数值模拟结合无梯度优化方法是当前注采优化的主要途径，商业数值模拟器，如基于黑油模型的Eclipse，被用于模拟给定生产制度下地下油水渗流过程，进行生产动态预测，评估生产制度经济价值。然而，对于大型复杂油藏，网格尺度的黑油模拟器一次模拟需要花费昂贵的时间成本，由于目标函数的高维无梯度优化方法依赖于数以千计的随机搜索，如何在保证优化效果控制计算成本，是目前注采优化需要解决的一大难题。

对于这一问题，基于不同尺度的简化模型数值模拟方法被提出以提高计算速度，这些方法不依赖于油藏精细建模，如流线模型、电容电阻模型、井间连通性模型等。这些方法基于渗流力学原理，利用一维的油水井相互作用代替成千上万的网格带来的微分方程组求解，大幅节省数值模拟时间。但这类方法建立的模型保真度相比黑油模型要低得多，通常只能获得一个近似的模拟结果。近年来，低保真度模型由于其计算成本低的优势越来越受到研究人员的重视，已有多种基于相关物理原理的商业数值模拟器，如基于流线模型的FrontSim问世，但其计算精度一直难以得到保证，因此在生产开发实践中未得到充分应用。

多保真优化方法是一种平衡不同保真级别模型的高效优化方法，将大量低保真结果与少量高保真结果相结合，显著提高优化速度。目前多保真优化方法大体分为两类，一类是基于协同克里金等包含多输入的代理模型，一类是多精度的粗化网格模型。其中，前者基于采样数据的回归分析，缺乏物理依据，后者对于不同的应用案例需要进行复杂的分析设计，尚无系统成型的商业化软件，现场应用存在较大困难。

因此，本发明提供一种基于多尺度油藏模型的多保真注采优化方法，基于工程中广泛使用的商业数值模拟器，实现不同尺度的油藏数值模拟模型相配合，在保证结果可靠性的前提下，大幅缩短最优化算法迭代寻优时间。

发明内容

为了解决不同尺度数值模拟方法在注采优化中的矛盾，同时具备高保真网格模拟的计算精度与低保真流线模拟的寻优速度，本发明提出一种基于多尺度油藏模型的多保真注采优化方法，实现高效率注采方案优化。

一种基于多尺度油藏模型的多保真注采优化方法，所述方法包括以下步骤：

1)采集油田地质信息，建立用于数值模拟的油藏模型；

2)注采优化数学建模，确定注采优化决策变量和边界条件，生成差分进化的初始种群；

3)编写高保真目标函数F_f(x)和低保真目标函数F_c(x)的MATLAB代码，所述MATLAB代码具体包含生产制度写入、数值模拟器调用、模拟结果读取和净现值计算；

4)基于给定的目标函数F_f(x)及F_c(x)、初始种群和算法超参数执行多保真差分进化算法，迭代评估注采制度，直到满足终止条件，并输出最优结果；

5)将输出的最优结果输出为完整的生产制度，投入现场实施。

进一步地，步骤2)中的所述注采优化数学建模步骤为：