使用快速相包絡的高效和穩健的組成儲層模擬的制作方法

使用快速相包絡的高效和穩健的組成儲層模擬的制作方法
【專利摘要】本發明提出模擬儲層中流體的不同相態的系統和方法。響應于飽和壓力的不成功計算來大致估計相包絡。如果給定溫度高于近似相包絡的最高溫度，那么將網格塊的相設定為具有等于總組成的組成的單相蒸汽。響應于確定給定溫度不高于近似相包絡的最高溫度，從近似相包絡內插飽和壓力。如果內插飽和壓力在精確度公差范圍內，那么基于內插飽和壓力確定所述網格塊的相態。
【專利說明】使用快速相包絡的高效和穩健的組成儲層模擬
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2014年3月12日提交的題為〃Efficient and Robust Composit1nal Reservoir Simulat1n Using a Fast Phase Envelope Generat1n Procedure〃的美國臨時專利申請號61/951,823的權益，所述申請以全文引用方式并入本文。發明領域
[0003]本公開總體上涉及地下沉積物的采收，并且更具體地說，涉及用于模擬石油儲層中的地下烴沉積物的相態的數值技術。
[0004]背景
[0005]通過數值模擬模型來表示石油儲層。在稱為組成模擬的一個常見類型的模擬中， 使用狀態方程(E0S)在儲層模型中的適當位置確立流體的狀態。在這個模擬模型中，將儲層的體積分成離散的網格塊。在每一網格塊內，假定熱力學平衡，并且必須確立每一網格塊的狀況。這意味著必須確立每一單獨組分的平均溫度、壓力以及質量的量。此外，出于模擬目的，可能需要其他熱力學信息，諸如飽和壓力(即，單相系統變成二相系統時的壓力)、液體烴相和蒸汽烴相的量，以及這些相中的每一個的組成。
[0006]給定在給定溫度和壓力下具有特定總組成的流體，可生成相包絡，用于描繪流體的不同相態的區域。例如，例如在給定溫度低于臨界溫度的區域中，包絡的一側可表示流體的單相液體相態。在溫度高于臨界溫度的不同區域中，包絡的另一側可表示流體的單相蒸汽狀態。在二相包絡內，流體的狀態可以是兩相液體。對應于相包絡邊界上的特定溫度的壓力被稱為飽和壓力。
[0007]因此，相包絡提供關于流體相態的全面描述，并且將需要針對任何給定組成來計算相包絡。然而，在石油儲層模擬中使用傳統相包絡技術，計算量可過于巨大并且效率低下，在所述技術中，必須在每個單個網格塊(可存在數百萬個)中并且針對每個單個時間步長(可存在數千個)來確立相態。例如，在大約1995年之前廣泛使用的一種技術是通過計算飽和壓力和比較飽和壓力與網格塊壓力來確立初始平衡。然而，這種技術缺乏穩健性，并且還一定會在高于最高溫度時失敗，所述最高溫度稱為“臨界凝析溫度(cricondentherm)”， 在這個溫度下兩個相可共存。即使在臨界點附近成功，仍可要求數值模擬的數百次迭代來收斂。
[0008]當今在商用儲層模擬器中最普遍使用的另一種技術涉及確定具有最低Gibbs自由能的流體狀態。這種技術最普遍地用來發現切面距離。可選地，可將Gibbs自由能當做最小化問題的目標。在任一種情況下，所述技術在數學上有難度，未必穩健，并且可要求許多迭代來收斂。此外，盡管Gibbs自由能方法在臨界點附近比飽和壓力方法更為穩健，但Gibbs方法產出的信息不如飽和壓力計算那么多，所述飽和壓力計算可用來確立單相流體是液體或蒸汽。盡管Gibbs自由能方法可確立流體處于單相狀態，但不確定是哪種單相狀態，即流體是液體還是蒸汽。
[0009]涉及在增大壓力級下的多個閃蒸計算的其他方法可為計算量巨大的，并且在臨界點附近效率低下，因為可要求許多閃蒸計算，所有閃蒸計算都可能要求數百次迭代。
[0010] 附圖簡述[〇〇11]以下參照附圖詳細描述本公開的說明性實施方案。
[0012]圖1A和圖1B示出適于從石油儲層開采和探測烴的開采井的實例。
[0013]圖2是用于模擬儲層中的流體狀態的示例性系統的框圖。
[0014]圖3是示出相包絡的實例的圖，所述相包絡表示儲層中的流體的總組成。
[0015]圖4是使用快速相包絡來模擬儲層中流體的不同相態的示例性方法的過程流程圖。
[0016]圖5是可實現本公開的實施方案的示例性計算機系統的框圖。
[0017]示出的圖僅是示例性的并且不旨在主張或暗示對其中可以實現不同實施方案的環境、體系結構、設計或過程的任何限制。
[0018]說明性實施方案的描述
[0019]本公開的實施方案涉及使用快速相包絡來模擬儲層中流體的不同相態。盡管本文參照用于特定應用的說明性實施方案來描述本公開，但應理解，實施方案不限于此。本公開的描述已經出于說明和描述的目的來提供，但是并不意圖是詳盡的或受限于所公開形式的實施方案。在不脫離本公開的范圍和精神的情況下，許多修改和變化對于本領域一般技術人員來說將是顯而易見的。本文所描述的說明性實施方案被提供來解釋本公開的原理和本公開的實際應用，并且允許其他本領域一般技術人員理解可根據需要針對特定實現方式或用途來修改所公開實施方案。權利要求書的范圍意圖廣泛地覆蓋所公開實施方案和任何這種修改。詳述中列出的任何實際數據值僅出于說明目的被提供，并且本公開的實施方案并不意圖限于此。因此，考慮到本文呈現的詳細程度，將在理解實施方案的修改和變體是可能的情況下描述實施方案的操作行為。
[0020]在本文的詳述中，提及“一個實施方案”、“實施方案”、“示例性實施方案”等等表明所描述的實施方案可包括特定特征、結構或特性，但是每個實施方案可能不一定包括所述特定特征、結構或特性。此外，此類短語不一定是指同一實施方案。此外，當結合實施方案來描述特定特征、結構或特性時，應當認為，無論是否明確描述，結合其他實施方案實現此類特征、結構或特性是在本領域技術人員的知識范圍內。
[0021]除非上下文明確地另外指出，否則本文所用的單數形式“一個”、“一種”和“所述” 意圖同樣包括復數形式。將進一步理解，術語“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)” 在本說明書和/或權利要求書中使用時，規定存在所陳述的特征、整數、步驟、操作、元件和/ 或部件，但是不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其群組。以上權利要求書中的所有裝置或步驟加功能要素的對應結構、材料、操作以及同等物意圖包括用于執行所述功能的任何結構、材料或操作以及具體要求保護的其他要求保護的要素。
[0022]本公開可以重復各種實例或附圖中的元件符號和/或字母。這種重復是為了簡單和清楚起見，并且本身并不指示所討論的各種實施方案和/或配置之間的關系。此外，為便于描述，在本文中可使用諸如在下面、下方、下部、上方、上部、井上、井下、上游、下游等等空間相對術語來描述如所示出的一個元件或特征與另一(些)元件或特征的關系，向上方向是朝對應附圖的頂部，并且向下方向是朝對應附圖的底部，井上方向是朝井筒的表面，井下方向是朝井筒的底端。除非另有說明，否則空間相對術語意圖包含除圖中所描繪的定向之外的在使用中或操作中的設備的不同定向。例如，如果圖中的設備翻轉過來，那么描述為在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件將隨后被定向為在其他元件或特征“上方”。因此，示例性術語“下方”可以包含上方和下方的這兩個定向。可以其它方式來定向設備(旋轉90度或以其他定向)，且可以同樣地相應解釋本文所使用的空間相對描述詞。
[0023]此外，盡管附圖可描繪水平井筒或垂直井筒，但除非另有指示，否則本領域技術人員應理解，根據本公開的設備同樣很適合于在具有其他定向的井筒中使用，所述井筒包括垂直井筒、歪斜井筒、多邊井筒等等。同樣，除非另外指出，盡管附圖可描繪陸上操作，但本領域技術人員應理解，根據本公開的設備同樣很適合于在海上操作中使用。此外，除非另外指出，盡管附圖可描繪下套管井，但本領域技術人員應理解，根據本公開的設備同樣很適合于在裸井操作中使用。
[0024]以下參考圖1至5來描述本公開的說明性實施方案和有關方法，因為可例如在用于基于一個或多個數值模擬模型來執行儲層模擬的計算機系統中采用所述說明性實施方案和有關方法。在查閱下面的附圖及詳述后，對于本領域一般技術人員來說，本公開的實施方案的其他特征和優點將會更加明顯。旨在所有此類附加特征和優點包括在所公開實施方案的范圍內。另外，示出的附圖僅是示例性的，并且不旨在主張或暗示對其中可實現不同實施方案的環境、體系結構、設計或過程的任何限制。
[0025]如上所述，使用復雜的數值過程來確定相包絡的當前算法的計算量過于巨大而無法在商業可行的石油儲層模擬器中使用，因為必須在每個單個網格塊(可存在數百萬個)中并且針對每個單個時間步長(可存在數千個)來確立相態(即，是否有單相液體、單相蒸汽， 或是否存在共存的2個相)。因此，所公開實施方案允許使用快速相包絡計算來(a)幫助在石油儲層的數值模擬期間設定初始狀況，以及(b)幫助在數值模擬的網格塊中快速識別流體的相態。在實施方案中，可針對儲層模擬中的網格塊生成近似相包絡，以進一步提高效率和模擬性能。
[0026]在實施方案中，模擬可部分地基于開采系統數據，所述數據包括從在每一烴儲層內所鉆鑿的井(例如，呈用于油氣儲層的開采井的形式)的井下所收集的各種測量結果。此夕卜，可鉆鑿多個開采井以便提供對地下儲層流體的獲取。可從每一開采井定期收集所測量的井數據，以追蹤儲層中變化的狀況，如以下將關于圖1A和圖1B中所示出的開采井實例更詳細描述的。[〇〇27]圖1A是示例性開采井100A的圖，所述開采井100A具有已鉆鑿到儲層地層中的井眼 102。在所述地層內可將井眼102鉆鑿至任何深度并且在任何方向上鉆鑿。例如，根據特定實現方式的需要，可將井眼102鉆鑿至一萬英尺或更深的深度，并且此外，可使所述井眼穿過所述地層水平前進任何距離。開采井100A還包括套管頭部104和套管106,這兩者都通過水泥103緊固在適當位置。防噴器(B0P)108耦接至套管頭部104和開采井口 110,所述套管頭部和所述開采井口共同密封在井口中，并且允許以安全和受控的方式從井中抽出流體。[〇〇28]可從開采井100A周期性地采樣和收集所測量的井數據，并且將所述井數據與來自儲層內的其他井的測量結果組合起來，從而允許監測和評估儲層的總體狀態。可使用若干不同井下和表面儀器來取得這些測量結果，所述儀器包括但不限于溫度和壓力傳感器118 以及流量計120。還可將附加裝置同軸耦接至開采油管112,所述附加裝置包括例如井下節流裝置116(例如用于改變流體流量限制的等級)、電動潛水栗(ESP)122(例如用于抽取從ESP 122和開采油管112外部的穿孔125流動的流體)、ESP馬達124(例如用于驅動ESP 122)， 以及封隔器114(例如用于將封隔器下方的開采區與井100A的其余部分隔離開)。附加的表面測量裝置可用來測量例如ESP馬達124的油管頭壓力和電力消耗。
[0029]圖1B是展示圖1A的開采井100A的替代性實施方案的圖，所述替代性實施方案包括許多與井100A相同的部件，但適于人工氣舉。如圖1B中所示出，除井100A的上述部件之外， 開采井100B還包括氣舉注入器芯軸126。在實施方案中，氣舉注入器芯軸126與開采油管112 同軸耦接，以便控制進入開采油管112的一部分的注入氣流，所述開采油管位于地面上方或位于井口 110附近的井的表面處。盡管未在圖1B中展示，但氣舉開采井100B還可包括與圖1A 中針對開采井100A所示出的相同類型的井下儀器和表面儀器，用于提供上述測量結果。
[0030]如圖1A和圖1B中所示出，沿著開采油管112的裝置中的每一個耦接至電纜128，所述電纜可附接至開采油管112的外部部分。電纜128可主要用來對所述電纜所耦接至的裝置提供電力。電纜128還可用來提供信號路徑(例如電路徑或光路徑)，可通過所述信號路徑將控制信號從表面引導至井下裝置以及將遙測信號從井下裝置引導至表面。可通過位于開采井的表面處的控制單元132來發送和接收相應的控制信號和遙測信號。控制單元132可通過防噴器108耦接至電纜128。在實施方案中，油田工作人員可使用控制單元132在本地控制和監測井下裝置，例如經由在與控制單元132集成的終端面板或控制面板處提供的用戶接口。 此外或可選地，可通過遠程處理系統140來控制和監測井下裝置。處理系統140可用來提供針對與油田中每一儲層相關聯的開采井的各種監視控制和數據采集(SCADA)功能性。例如， 遠程操作者可使用處理系統140來發送合適的命令，用于控制對控制單元132的井場操作。 控制單元132與處理系統140之間的通信可經由一個或多個通信網絡，所述通信網絡例如呈無線網絡(例如蜂窩網絡)、有線網絡(例如到因特網的電纜連接)或無線網絡與有線網絡的組合的形式。[〇〇31] 如圖1A和圖1B中所示出，處理系統140可包括計算裝置142(例如服務器)和數據存儲裝置144(例如數據庫)。盡管圖1A和圖1B中僅示出一個計算裝置和一個數據存儲裝置，但應了解，處理系統140可包括附加的計算裝置和數據存儲裝置。可使用具有至少一個處理器、存儲器以及網絡接口的任何類型的計算裝置來實現計算裝置142,所述網絡接口能夠經由通信網絡將數據發送至控制單元132并且從控制單元132接收數據。在實施方案中，計算裝置142可以是一種類型的服務器。這種服務器的實例包括但不限于網頁服務器、應用服務器、代理服務器以及網絡服務器。在一些實現方式中，計算裝置142可表示服務器機群中的計算裝置的群組。
[0032]在實施方案中，控制單元132可經由通信網絡將井場開采數據周期性地發送至處理系統140,用于處理和存儲。這種井場開采數據可包括例如如上文所描述的來自各種井下裝置的開采系統測量結果。在一些實現方式中，可使用控制單元132的遠程終端單元(RTU) 來發送這種開采數據。在實施方案中，數據存儲裝置144可用來存儲從控制單元132接收的開采數據。在一個實例中，數據存儲裝置144可用來存儲歷史開采數據，所述歷史開采數據包括在一段時間(例如多個模擬時間步長)內獲得或計算出的實際和模擬開采系統測量結果，如以下將更詳細地描述。
[0033]圖2是用于執行儲層中流體的不同狀態的數值模擬的示例性系統200的框圖。例如，系統200可用來實現處理系統，例如如上文所描述的圖1A和圖1B的處理系統140,所述處理系統用于處理通過與開采系統中的每一儲層相關聯的開采井的表面控制單元(例如，圖 1A和圖1B的控制單元132)發送的井場數據。如圖2中所示出，系統200包括儲層模擬器210、 存儲器220、用戶接口(UI)230以及網絡接口240。儲層模擬器210包括流體模型生成器212、 流動模擬器214以及數據呈現單元216。在實施方案中，儲層模擬器210和它的部件(包括流體模型生成器212、流動模擬器214以及呈現單元216)、存儲器220、UI 230以及網絡接口240 可經由系統200的內部總線可通信地彼此耦接。[〇〇34] 在實施方案中，可使用具有至少一個處理器和處理器可讀存儲介質的任何類型的計算裝置來實現系統200,所述處理器可讀存儲介質用于存儲數據和可由處理器執行的指令。這種計算裝置的實例包括但不限于臺式計算機、工作站、服務器、計算機集群(例如服務器機群中)或類似類型的計算裝置。這種計算裝置還可包括輸入/輸出(I/O)接口，用于經由用戶輸入裝置(未示出)接收用戶輸入或命令。用戶輸入裝置可以是例如且不限于鼠標、 QWERTY或T9鍵盤、觸摸屏、手寫板或麥克風。I/O接口還可包括顯示器接口，用于在耦接至計算裝置或與計算裝置集成的顯示器(未示出)上輸出或呈現信息。[〇〇35] 盡管在圖2中僅示出儲層模擬器210、存儲器220、UI 230以及網絡接口240,但應了解，系統200可根據特定實現方式的需要包括附加的部件、模塊和/或子部件。還應了解，可在軟件、固件、硬件或其任何組合中實現儲層模擬器210和它的部件。此外，應了解，可實現儲層模擬器210或其部分的實施方案，以在任何類型的處理裝置上運行，所述處理裝置包括但不限于計算機、工作站、嵌入式系統、網絡裝置、移動裝置或能夠執行本文所描述的功能性的其他類型的處理器或計算機系統。[〇〇36]在實施方案中，系統200可使用網絡接口 240來經由網絡204與不同裝置和其他系統通信。網絡204可以是用來在不同計算裝置之間傳達信息的任何類型的網絡或網絡的組合。網絡204可包括但不限于有線(例如以太網)網絡或無線(例如W1-Fi或移動電信)網絡。 此外，網絡204可包括但不限于局域網、中域網和/或諸如因特網的廣域網。[〇〇37]在實施方案中，系統200可使用網絡接口 240來經由網絡204將信息發送至井場控制和監測裝置并且從井場控制和監測裝置接收信息，所述井場控制和監測裝置例如如上文所描述的圖1A和圖1B的表面控制單元132。這種信息可包括例如經由網絡204從井場控制和監測裝置發送至系統200的開采系統數據。同樣，可通過系統200經由網絡204將各種控制信號和命令發送至井場控制和監測裝置，例如用于控制井場操作或從裝置請求井場開采系統數據的目的。在一些實現方式中，此類控制信號可呈使用遙測收發器發送的遙測信號的形式，所述信號集成在系統200的網絡信息240內。[〇〇38]在實施方案中，通過系統200發送至井場處的裝置的控制信號或命令可以基于經由UI 230從用戶202所接收的輸入。用戶202可經由用戶輸入裝置(例如鼠標、鍵盤或觸摸屏)和耦接至系統200的顯示器與UI 230交互，以配置、控制或監測開采系統模擬的執行。根據儲層模擬器210經由UI 230所接收的用戶輸入，可經由網絡204從井場控制和監測裝置請求和接收開采系統數據，如上文所描述。在開采系統模擬中可由儲層模擬器210處理和使用從裝置接收的數據。隨后可經由UI 230通過呈現單元216向用戶202顯示模擬的結果。
[0039]在實施方案中，除可由儲層模擬器210和它的部件(包括流體模型生成器212、流動模擬器214以及顯示單元216)訪問的各種其他類型的數據之外，存儲器220可用來存儲來自以上實例中的裝置的開采系統數據，用于實現本文所公開的開采系統模擬功能性。存儲器220可以是耦接至集成電路的任何類型的記錄介質，所述集成電路控制對所述記錄介質的訪問。記錄介質可以是例如且不限于半導體存儲器、硬盤或類似類型的存儲器或存儲裝置。 在一些實現方式中，存儲器220可以是遠程基于云的存儲位置，其可由系統200經由網絡接口 240和網絡204訪問。
[0040]在圖2中所示出的實例中，存儲在存儲器220中的數據可包括開采數據222、流體數據224以及模擬數據226。如以下將更詳細地描述，儲層模擬器210可使用開采數據222、流體數據224以及模擬數據226的組合，來得出用于開采系統模擬的給定時間步長的一組所需操作點。
[0041]開采數據222可包括例如實際和/或模擬開采系統測量結果。實際開采系統測量結果可包括例如來自多儲層系統中的各種開采井的表面和井下的井測量結果。此類測量結果可包括但不限于在流體與來自其他儲層的流體混合的點之前，在井穿孔附近、沿開采柱、在井口處以及集油管網內井下取所得的壓力、溫度以及流體流量測量結果。同樣，模擬測量結果可包括，例如且不限于，壓力、溫度以及流體流量的估計值。可基于例如來自一個或多個先前時間步長的模擬結果來確定此類估計。
[0042]流體數據224可表示不同儲層流體組分(例如重原油、輕原油、甲烷等等)和有關性質，所述性質包括例如所述組分的針對各種組成、壓力以及溫度的比例、流體密度以及粘稠度，或其他數據。在實施方案中，流體數據224可包括E0S模型數據，例如呈一個或多個數據表形式的E0S模型數據，所述E0S模型數據表示多儲層開采系統內的每一儲層的流體。
[0043]在實施方案中，流體模型生成器212可基于對應的開采數據222和流體數據224來生成針對多儲層系統中的每一儲層的流體模型。例如，流體模型生成器212可基于實際和模擬開采系統測量結果(例如來自一個或多個先前模擬時間步長)和與每一儲層相關聯的流體組分特性，來確定針對儲層的每一流體組分或組分群組的參數。針對每一組分/群組的所得模型隨后可應用于已知狀態變量，以計算在儲層內的每一模擬點或“網格塊”處的、在井筒穿孔或“井底”處的以及在開采系統的共同集油管網內的未知狀態變量。這些未知變量可包括，例如且不限于，每一網格塊的液體體積分數、溶解氣油比以及地層體積系數。
[0044]在實施方案中，可提供測量和計算出的所得流體組分狀態變量來作為至流動模擬器214的輸入，用于模擬穿過多儲層開采系統的流體的流量。至流動模擬器214的附加輸入可包括例如與開采系統和它的約束相關的各種浮動參數、固定參數以及特性數據。浮動參數可包括例如各種強化采油(E0R)參數，所述E0R參數包括但不限于氣舉注入率、儲層氣體注入率以及儲層液體注入率。固定參數的實例可包括設施約束(例如開采能力限制)和單獨井的默認開采率。儲層特性數據可包括例如描述儲層地層的地質數據(例如先前在井的鉆鑿和/或先前測井期間所收集的測井數據)和地層特性(例如孔隙率)。可將上述流體組分狀態變量與其他模擬輸入、參數以及開采系統約束一起作為模擬數據226存儲在存儲器220 中。
[0045]在實施方案中，流動模擬器214可采用各種數值分析技術中的任一種(例如 Michelsen技術)來確定每一網格塊的一組初始狀況。此類技術還可用來在每一模擬時間步長期間識別或更新網格塊中的流體的相態。可針對多個不同時間步長中的每一個重復由流動模擬器214執行的模擬，其中使用針對給定時間步長的模擬結果來更新針對下一時間步長的模擬模型。
[0046]如上文所描述，可將模擬模型中的儲層的體積分成離散的網格塊。在每一網格塊內，假定熱力學平衡，并且必須建立每一網格塊的狀況。這意味著必須建立每一單獨組分的平均溫度、壓力以及質量的量。此外，用戶可能需要其他熱力學信息，諸如飽和壓力(單相系統變成二相系統時的壓力)、液體烴相和蒸汽烴相的量，以及這些相中的每一個的組成。
[0047]給定在給定溫度和壓力下具有特定總組成的流體，可生成相包絡。圖3中示出針對特定總組成的二相包絡300的實例。在這個實例中，假定水相與烴不平衡，并且有一個或兩個烴相存在于任何給定網格塊中。如圖3中所示出，相包絡300描繪不同相態的區域。在包絡左方，例如在溫度低于臨界溫度點302的區域中，流體是單相液體。在包絡右方，例如在溫度高于臨界溫度的另一區域中，流體是單相蒸汽。在二相包絡300內，流體可由平衡的液體和蒸汽組成。對應于相包絡邊界上的特定溫度的壓力被稱為飽和壓力。將相包絡300分成兩個部分，泡點線310可表示在臨界溫度點302之下的飽和壓力，并且露點線320可表示在臨界溫度點302之上的飽和壓力。在泡點壓力之上，存在單相液體，并且在泡點壓力之下，存在兩相流體。溫度高于臨界溫度點302的區域可表示倒退區域，在所述倒退區域內，在同一溫度下在飽和壓力之上和飽和壓力之下存在單相蒸汽。然而，在稱為臨界凝析溫度的最高溫度之上僅存在單相蒸汽。
[0048]出于初始化儲層模擬的目的，在每一網格塊內，并不要求了解整個相包絡。按照慣例，僅要求飽和壓力。已開發出穩健的算法來確定飽和壓力。通過狀態方程來計算飽和壓力可能極為困難，尤其在臨界點302附近。這是因為飽和壓力難題的完美解是所謂的平凡解 (液相和汽相都具有與總組成相同的組成)在過程的初始化階段期間，飽和壓力的計算將網格塊的狀態提供為二相網格塊(網格塊壓力小于低于泡點壓力的飽和壓力，或在較高露點壓力與較低露點壓力之間)、單相液體(發現泡點并且網格塊壓力高于泡點壓力)或單相蒸汽(發現露點并且網格塊壓力高于或低于露點壓力)。在臨界點302附近，如果飽和壓力計算失敗，那么儲層模擬器也可以失敗(除非采用一些其他預防措施來發現相態)。此外，當溫度高于臨界凝析溫度(即，兩個相可共存時的溫度)時，任何飽和壓力計算也將失敗，并且模擬器可能不能夠初始化。這適用于許多儲層模擬器。
[0049]通過相包絡的計算，可以避免上述兩個問題。然而過去從未嘗試過這樣做，因為相包絡的計算的計算量將是巨大的。因此，所公開實施方案提供用于生成快速相包絡的技術， 其產生近似相包絡，其中可通過在一些選擇溫度下計算飽和壓力來得出包絡的大概形狀。 盡管這可僅提供近似解，但是近似值對于預期的模擬目的來說已足夠。如以下將過于圖4更詳細描述的，只要溫度低于臨界溫度，或即使溫度高于臨界溫度，只要飽和壓力的變化隨壓力是單調的，那么在兩個計算出的點之間在特定溫度下內插飽和壓力可能已足夠。
[0050]圖4是使用快速相包絡來模擬儲層中流體的不同相態的示例性方法400的流程圖。 如圖4中所示出，方法400包括步驟402、404、406、408、410、412、414以及416。然而，應注意， 方法400可根據特定實現方式的需要包括附加步驟來執行本文所公開的技術。可通過儲層模擬器(例如如上文所描述的圖2的儲層模擬器210)來執行方法400的步驟，但方法400不意圖限于此。可在模擬的迭代或時間步長期間執行這個實例中的方法400的步驟，以便處理模擬模型中的多個網格塊中的每一個。可假定，針對每一網格塊僅存在單個烴相，并且壓力和組成的變化可導致對應于網格塊的流體分成兩個烴相。
[0051]方法400開始于步驟402,所述步驟包括試圖計算在給定溫度和總組成下的當前網格塊的狀態的飽和壓力。在一個實施方案中，在預定點處執行此計算，所述預定點具有相對低的壓力和溫度，以便簡化計算并提高效率。如果在步驟404中確定飽和壓力的計算成功， 那么計算出的飽和壓力可隨后用來確定當前網格塊的相，并且方法400前進至模擬模型中的下一網格塊以便進行處理，或如果已處理所有網格塊，那么方法400停止。可針對需處理的每一剩余網格塊重復方法400的步驟。
[0052]如上文所描述，通過狀態方程來計算飽和壓力可能極為困難，尤其在臨界點附近， 并且可因任何數目的原因而失敗。如果在步驟404中確定這個實例中的飽和壓力計算未成功，那么方法400前進至步驟406,所述步驟包括大致估計當前網格塊的快速相包絡。在實施方案中，可使用由Michelsen在1994年描述的過程來生成近似相包絡。這個過程可能極為高效，要求在遠離臨界點的點處的單個飽和壓力計算的計算成本。當從臨界點執行飽和壓力計算時，僅需要幾次迭代(通常少于10次)來收斂。此外，所述過程極為穩健，并且一定會在所有溫度下通過內插得出近似點。此外，所述計算過程極為便宜，因為其僅要求相對于溫度的導數，并且不要求組成導數。組成導數的計算量巨大，并且組成導數的使用將需要矩陣乘法。在這種算法中，僅需要簡單的乘法。所述計算還將單相狀態識別為液體或蒸汽。
[0053]此外，可計算任何誤差￡的相對精確測量。所公開實施方案可隨后使用此估計值， 并且將估計值乘以網格塊壓力與估計飽和壓力之間的差，以確定是否準許附加計算。 Michelsen提供一種技術來在準許解的情況下在任何程度上改進所述解。此外，近似解得出針對成熟飽和壓力計算的優良起始猜測，因此如果需要確切答案，則可始終使用此近似解。 大多數情況下，即使僅僅使用初始近似解也在實際飽和壓力的幾psi內，并且對大多數計算來說已經足夠好了。可在針對儲層計算的臨界點附近，并且在針對儲層計算和表面網絡計算的臨界凝析溫度之上發現最大的效率節省和改進的穩健性。使用快速相包絡技術可比當今所使用的傳統技術明顯更為穩健并且計算效率高。然而，謹慎使用誤差估計對確定其最終效率來說可能非常重要。[〇〇54]在步驟408中，確定當前網格塊的溫度是否超過包絡的預定最高溫度。如果超過， 那么方法400前進至步驟410,在所述步驟中，將網格塊初始化或設定成單相蒸汽，以使得所述網格塊的組成等于總組成。這樣做的理由是，如果溫度高于包絡的最高溫度，那么已知所述網格塊在單相區域中并且計算飽和壓力是不必要的。這還允許所公開實施方案極大地減少所執行模擬的計算要求。在步驟410后，方法400可前進至模擬模型中的下一網格塊以便進行處理，或如果已處理所有網格塊，則方法400停止。[〇〇55] 可選地，如果溫度未超過包絡的最高溫度，那么方法400前進至步驟412,所述步驟包括在所需溫度下內插針對飽和壓力的近似解。應了解，可使用各種數值分析技術中的任一種，所述技術可涉及在一組離散的已知數據點的范圍內構造新的數據點。[〇〇56]在步驟414中，確定針對飽和壓力的近似答案是否足夠精確(例如，針對網格塊的近似飽和壓力是否與近似包絡相隔足夠遠的距離，以使得所述網格塊明顯在某個相區域中)。在一個實施方案中，步驟414可包括執行精確計算至少一次，以建立公差限制(例如，與近似包絡相隔足夠遠的閾值距離)。可選地或除此之外，可基于系統和/或流體類型的先前分析由用戶(例如，如上文所描述的圖2的儲層模擬器210的用戶202)設定公差。例如，在一些系統中，公差可以是5psi，而在另一系統中，公差可以是15psi。[〇〇57]如果在步驟414中確定針對飽和壓力的近似答案足夠精確，那么方法400可前進至將要處理的下一網格塊，或如果已處理所有塊，則方法400停止。或者，方法400前進至步驟 416,所述步驟包括應用校正系數來提高近似飽和壓力的精確度。方法400可隨后將步驟414 中的確定和步驟416中所應用的校正重復任何次數，直至已達到飽和壓力的所需精確度。
[0058]所公開實施方案相對于傳統技術的優點在于，例如，在流體高度不飽和的情況下， 可能不需要飽和壓力的實際值。所公開實施方案與先前方法相比的附加優點包括，與傳統技術相比有所增加的計算效率和有所改進的性能。因為僅在模擬期間進行一次初始化，所以本文所公開的快速相包絡技術能夠相對于傳統精密相包絡計算提供相對更高效和更穩健的能力來針對確定流體相態而確定解，在所述傳統精密相包絡計算中，在多個模擬時間步長內計算飽和壓力的解。所公開實施方案尤其有利于數值模擬，其中可能需要所公開的快速相包絡技術的效率來減少模擬時間，并從而相對于傳統技術在數值儲層模擬期間提供商業上更可行的選項來確定相態。[〇〇59]圖5是可實現本公開的實施方案的示例性計算機系統500的框圖。例如，系統500可用來實現如上文所描述的圖2的系統200。系統500可以是任何類型的計算裝置，包括但不限于，臺式計算機、膝上型計算機、服務器、平板電腦以及移動裝置。系統500包括處理器510、 主存儲器502、二級存儲單元504、輸入/輸出接口模塊506和通信接口模塊508以及其他部件。
[0060]處理器510可以是能夠執行用于執行所公開實施方案的特征和功能的指令的任何類型或任何數目的單核處理器或多核處理器。輸入/輸出接口模塊506使系統500能夠接收用戶輸入(例如，從鍵盤和鼠標)并且向諸如但不限于打印機、外部數據存儲裝置和音頻揚聲器的一個或多個裝置輸出信息。系統500可任選地包括能夠在集成的或外部的顯示裝置上顯示信息的單獨顯示模塊511。例如，顯示模塊511可包括用于提供與一個或多個顯示裝置相關聯的增強圖形、觸摸屏和/或多觸摸功能的指令或硬件(例如，圖形卡或芯片)。
[0061]主存儲器502是存儲當前正在執行的指令/數據或被預提取以便執行的指令/數據的易失性存儲器。二級存儲單元504是用于存儲持久性數據的非易失性存儲器。二級存儲單元504可以是或包括諸如硬盤驅動器、閃存驅動器或存儲卡的任何類型的數據存儲部件。在一個實施方案中，二級存儲單元504存儲計算機可執行代碼/指令以及用于使用戶能夠執行所公開實施方案的特征和功能的其他相關數據。[〇〇62]例如，根據所公開實施方案，二級存儲單元504可永久存儲可執行代碼/指令520， 所述可執行代碼/指令520用于執行如上文所描述的圖4的方法400的步驟。可執行代碼/指令520隨后在由處理器510執行期間從二級存儲單元504加載到主存儲器502,以用于執行所公開實施方案。此外，二級存儲單元504可存儲其他的可執行代碼/指令和數據522,諸如但不限于，與所公開實施方案一起使用的儲層模擬應用程序(例如，儲層模擬應用程序)。 [〇〇63]通信接口模塊508使系統500能夠與通信網絡530通信。例如，網絡接口模塊508可包括網絡接口卡和/或無線收發器，其用于使系統500能夠通過通信網絡530和/或直接利用其他裝置發送和接收數據。[〇〇64]通信網絡530可以是包括以下網絡中的一個或多個的組合的任何類型的網絡:廣域網、局域網、一個或多個專用網絡、因特網、諸如公共交換電話網(PSTN)的電話網絡、一個或多個蜂窩網絡，和/或無線數據網絡。通信網絡530可包括多個網絡節點(未描繪)，諸如路由器、網絡接入點/網關、開關、DNS服務器、代理服務器，以及用于協助裝置之間的數據/通信的路由的其他網絡節點。
[0065]例如，在一個實施方案中，系統500可與一個或多個服務器534或數據庫532交互以用于執行所公開實施方案的特征。例如，系統500可從數據庫532查詢用于根據所公開實施方案創建儲層模型的測井信息。另外，在某些實施方案中，系統500可充當用于一個或多個客戶端裝置的服務器系統，或者用于對等通信或與一個或多個裝置/計算系統(例如，集群、 網格)并行處理的對等系統。
[0066]如上文所描述，本公開的實施方案對在儲層模擬中確定流體的相態尤其有用。在本公開的一個實施方案中，一種模擬儲層中流體的不同相態的計算機實現的方法包括:響應于飽和壓力的不成功計算來大致估計相包絡;確定給定溫度是否高于近似相包絡的最高溫度；響應于確定給定溫度高于近似相包絡的最高溫度，將網格塊的相設定為具有等于總組成的組成的單相蒸汽；響應于確定給定溫度不高于近似相包絡的最高溫度，從近似相包絡內插飽和壓力；確定內插飽和壓力是否在精確度公差范圍內；以及響應于確定內插飽和壓力在精確度公差范圍內，基于內插飽和壓力來確定網格塊的相態。
[0067]在另一實施方案中，在儲層模擬的初始化期間大致估計快速相包絡。在又一實施方案中，在儲層模擬的時間步長期間大致估計快速相包絡。在又一實施方案中，使用 Michelsen技術來大致估計快速相包絡。在又一實施方案中，精確度公差范圍是基于用戶輸入。在又一實施方案中，針對與網格塊的相相關聯的給定溫度和總組成來嘗試飽和壓力的計算。在又一實施方案中，所述方法包括響應于飽和壓力的成功計算來基于飽和壓力確定網格塊的相。在又一實施方案中，網格塊的相是二相網格塊、單相液體或單相蒸汽中的至少一個。在又一實施方案中，當網格塊的壓力超過泡點壓力時，網格塊的相是單相液體，并且當網格塊的壓力高于或低于露點壓力時，網格塊的相是單相蒸汽。
[0068]在本公開的另一實施方案中，一種用于針對儲層模擬模型限定非線性巖相的系統包括至少一個處理器和耦接至所述處理器的存儲器，所述存儲器具有存儲在其中的指令， 所述指令在由所述處理器執行時，導致所述處理器執行功能，所述功能包括以下功能:響應于飽和壓力的不成功計算來大致估計相包絡;確定給定溫度是否高于近似相包絡的最高溫度；響應于確定給定溫度高于近似相包絡的最高溫度，將網格塊的相設定為具有等于總組成的組成的單相蒸汽；響應于確定給定溫度不高于近似相包絡的最高溫度，從近似相包絡內插飽和壓力；確定內插飽和壓力是否在精確度公差范圍內；以及響應于確定內插飽和壓力在精確度公差范圍內，基于內插飽和壓力來確定網格塊的相態。
[0069]在本公開的又一實施方案中，一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質具有存儲于其中的指令，所述指令在由計算機執行時，導致所述計算機執行多個功能，所述功能包括以下功能:響應于飽和壓力的不成功計算來大致估計相包絡;確定給定溫度是否高于近似相包絡的最高溫度；響應于確定給定溫度高于近似相包絡的最高溫度，將網格塊的相設定為具有等于總組成的組成的單相蒸汽;響應于確定給定溫度不高于近似相包絡的最高溫度，從近似相包絡內插飽和壓力;確定內插飽和壓力是否在精確度公差范圍內；以及響應于確定內插飽和壓力在精確度公差范圍內，基于內插飽和壓力來確定網格塊的相〇
[0070]盡管已經描述關于上述實施方案的具體細節，但上述硬件和軟件描述僅意圖為示例性實施方案并且不意圖限制所公開實施方案的結構或實現方式。例如，盡管系統500的許多其他內部部件未被示出，但本領域一般技術人員將理解，此類部件和其互連是眾所周知的。
[0071]此外，如上所述的公開實施方案的某些方面可被體現在使用一個或多個處理單元/部件執行的軟件中。所述技術的程序方面可以被視為通常呈可執行代碼和/或相關聯數據的形式的“產品”或者“制品”，所述代碼或數據被攜帶或體現在一種類型機器可讀介質中。有形的非暫態“存儲”型介質包括用于計算機、處理器等的任何或所有存儲器或其他存儲設備或者其相關聯模塊，諸如各種半導體存儲器、磁帶驅動器、磁盤驅動器、光盤或磁盤等，其可在任何時間提供對于軟件編程的存儲。
[0072]此外，附圖中的流程圖和框圖示出根據本發明的各種實施方案的系統、方法和計算機程序產品的可能實現方式的體系結構、功能性和操作。也應注意到，在一些替代實現方式中，方框中提到的功能可以不按附圖中提到的順序出現。例如，連續示出的兩個方框實際上可以大致上同時執行，或者這些方框有時可以按相反的順序執行，這取決于所涉及的功能性。也應指出的是，框圖和/或流程圖圖解的每個方框以及框圖和/或流程圖圖解中的方框的組合可以由執行指定功能或動作的基于專用硬件的系統或者專用硬件和計算機指令的組合來實現。
[0073]上述特定示例性實施方案不意圖限制權利要求的范圍。示例性實施方案可通過包括、執行或組合本公開中所描述的一個或多個特征或功能來修改。
【主權項】
1.一種模擬儲層中流體的不同相態的計算機實現的方法，所述方法包括:響應于所述飽和壓力的不成功計算來大致估計相包絡；確定給定溫度是否高于所述近似相包絡的最高溫度；響應于確定所述給定溫度高于所述近似相包絡的所述最高溫度，將所述網格塊的相設 定為具有等于所述總組成的組成的單相蒸汽；響應于確定所述給定溫度不高于所述近似相包絡的所述最高溫度，從所述近似相包絡 內插飽和壓力；確定所述內插飽和壓力是否在精確度公差范圍內；以及響應于確定所述內插飽和壓力在所述精確度公差范圍內，基于所述內插飽和壓力來確 定所述網格塊的所述相態。2.如權利要求1所述的方法，其中在所述儲層模擬的初始化期間大致估計所述快速相包絡。3.如權利要求1所述的方法，其中在所述儲層模擬的時間步長期間大致估計所述快速 相包絡。4.如權利要求1所述的方法，其中使用Michelsen技術來大致估計所述快速相包絡。5.如權利要求1所述的方法，其中所述精確度公差范圍是基于用戶輸入。6.如權利要求1所述的方法，其中針對與網格塊的相相關聯的所述給定溫度和總組成 來嘗試所述飽和壓力的計算。7.如權利要求6所述的方法，其還包括:響應于所述飽和壓力的成功計算來基于所述飽和壓力確定所述網格塊的所述相。8.如權利要求1所述的方法，其中所述網格塊的所述相是二相網格塊、單相液體或單相 蒸汽中的至少一個。9.如權利要求8所述的方法，其中當所述網格塊的壓力超過泡點壓力時，所述網格塊的 所述相是單相液體，并且當所述網格塊的壓力高于或低于露點壓力時，所述網格塊的所述 相是單相蒸汽。10.—種模擬儲層中流體的不同相態的系統，所述系統包括:至少一個處理器；以及耦接至所述處理器的存儲器，所述存儲器具有存儲在其中的指令，所述指令在由所述 處理器執行時，導致所述處理器執行功能，所述功能包括以下功能:響應于所述飽和壓力的不成功計算來大致估計相包絡；確定給定溫度是否高于所述近似相包絡的最高溫度；響應于確定所述給定溫度高于所述近似相包絡的所述最高溫度，將所述網格塊的相設 定為具有等于所述總組成的組成的單相蒸汽；響應于確定所述給定溫度不高于所述近似相包絡的所述最高溫度，從所述近似相包絡 內插飽和壓力；確定所述內插飽和壓力是否在精確度公差范圍內；以及響應于確定所述內插飽和壓力在所述精確度公差范圍內，基于所述內插飽和壓力來確 定所述網格塊的所述相態。11.如權利要求10所述的系統，其中在所述儲層模擬的初始化期間大致估計所述快速相包絡。12.如權利要求10所述的系統，其中在所述儲層模擬的時間步長期間大致估計所述快 速相包絡。13.如權利要求10所述的系統，其中使用Michelsen技術來大致估計所述快速相包絡。14.如權利要求10所述的系統，其中所述精確度公差范圍是基于用戶輸入。15.如權利要求10所述的系統，其中針對與網格塊的相相關聯的所述給定溫度和總組 成來嘗試所述飽和壓力的計算。16.如權利要求10所述的系統，其中由所述處理器執行的功能還包括以下功能:響應于 所述飽和壓力的成功計算來基于所述飽和壓力確定所述網格塊的所述相。17.如權利要求10所述的系統，其中所述網格塊的所述相是二相網格塊、單相液體或單 相蒸汽中的至少一個。18.—種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質具有存儲于其中的指令，所述 指令在由計算機執行時，導致所述計算機執行多個功能，所述功能包括以下功能:響應于所述飽和壓力的不成功計算來大致估計相包絡；確定給定溫度是否高于所述近似相包絡的最高溫度；響應于確定所述給定溫度高于所述近似相包絡的所述最高溫度，將所述網格塊的相設 定為具有等于所述總組成的組成的單相蒸汽；響應于確定所述給定溫度不高于所述近似相包絡的所述最高溫度，從所述近似相包絡 內插飽和壓力；確定所述內插飽和壓力是否在精確度公差范圍內；以及響應于確定所述內插飽和壓力在所述精確度公差范圍內，基于所述內插飽和壓力來確 定所述網格塊的所述相態。19.如權利要求18所述的計算機可讀介質，其中由所述計算機執行的功能還包括以下 功能:響應于所述飽和壓力的成功計算來基于所述飽和壓力確定所述網格塊的所述相。20.如權利要求18所述的計算機可讀介質，其中所述網格塊的所述相是二相網格塊、單 相液體或單相蒸汽中的至少一個。
【文檔編號】E21B44/00GK105980984SQ201580007908
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年3月12日
【發明人】特里·王
【申請人】蘭德馬克繪圖國際公司