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CN108729911A - 用于资源生产系统的优化装置、系统和方法 - Google Patents

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CN108729911A
CN108729911A CN201710270656.9A CN201710270656A CN108729911A CN 108729911 A CN108729911 A CN 108729911A CN 201710270656 A CN201710270656 A CN 201710270656A CN 108729911 A CN108729911 A CN 108729911A
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CN
China
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model
pressure
production system
optimization
analysis model
Prior art date
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Pending
Application number
CN201710270656.9A
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Inventor
茹雨
赵彤
罗吉尔·塞巴斯蒂安·布洛姆
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Publication date
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Priority to BR112019022120-4A priority patent/BR112019022120A2/pt
Priority to US16/607,963 priority patent/US20210102462A1/en
Priority to CA3060959A priority patent/CA3060959A1/en
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Abstract

本发明涉及一种用于优化资源生产系统的目标函数的优化装置，包括：所述资源生产系统的分析模型，其被配置为接收来自该资源生产系统的数据，该分析模型包括储层模型、与该储层模型耦合的多个井模型、与该多个井模型耦合的地表管道模型，其中，所述多个井模型包括与第一操作参数集合关联的第一段集合；及优化模块，其被配置为改变所述分析模型的一个可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化所述资源生产系统的目标函数，其中，运行所述优化包括基于所述分析模型来计算所述第一段集合中的每个段两端的压力。还描述了一种优化方法和系统。

Description

用于资源生产系统的优化装置、系统和方法
技术领域
本发明一般涉及用于资源生产系统的优化装置、系统和方法。
背景技术
地下资源，如石油，通常通过以下方式生产：钻探出穿过具有资源储层的地层的井，并使储层中的资源流体通过所述井移动至地表。通常，为了获得期望的生产结果，如更高的总产量或更好的经济效益，通常提供一个或多个组件，如泵、油咀，来调整井中流体的流量。
现有技术通常建立地下资源生产系统模型以确定一个合适的优化方案，从而可获得预期的生产结果。但一方面，由于流体的流量受到多种因素的影响，用于计算该合适的优化方案的耗时，特别对于具有大量井的生产系统而言，几乎是不可接受的。另一方面，由于模型通常不考虑井间干扰，基于该模型获得的结果的准确性通常很低。
因此，期望提供新的和改善的用于资源生产系统的优化装置、系统及其方法。
发明内容
在一个方面，本发明的实施例涉及一种用于优化资源生产系统的目标函数的优化装置，其包括：所述资源生产系统的分析模型，其被配置为接收来自该资源生产系统的数据，该分析模型包括储层模型、与该储层模型耦合的多个井模型、与该多个井模型耦合的地表管道模型，其中，所述多个井模型包括与第一操作参数集合关联的第一段集合；及优化模块，其被配置为改变所述分析模型的一个可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化所述资源生产系统的目标函数，其中，运行所述优化包括基于所述分析模型来计算所述第一段集合中的每个段两端的压力。
在另一个方面，本发明的实施例涉及一种用于优化资源生产系统的目标函数的优化方法，其包括：建立所述资源生产系统的分析模型，该分析模型接收来自该资源生产系统的数据，该分析模型包括储层模型、与该储层模型耦合的多个井模型、与该多个井模型耦合的地表管道模型，其中，所述多个井模型包括与第一操作参数集合关联的第一段集合；及改变所述分析模型的一个可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化所述资源生产系统的目标函数，其中，运行所述优化包括基于所述分析模型来计算所述第一段集合中的每个段两端的压力。
在另一个方面，本发明的实施例涉及一种用于包括多个井的资源生产系统的优化系统，其包括：井管理系统，其被配置为与所述多个井通信；及优化装置，其被配置为与所述井管理系统通信，其包括：所述资源生产系统的分析模型，其被配置为接收来自该资源生产系统的数据，该分析模型包括储层模型、与该储层模型耦合的多个井模型、与该多个井模型耦合的地表管道模型，其中，所述多个井模型包括与第一操作参数集合关联的第一段集合；优化模块，其被配置为改变所述分析模型的一个可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化所述资源生产系统的目标函数，其中，运行所述优化包括基于所述分析模型来计算所述第一段集合中的每个段两端的压力；其中，所述优化模块向井管理系统提供所述优化的结果，所述井管理系统与所述多个井通信，以基于所述优化的结果进行生产优化。
附图说明
参考附图阅读下面的详细描述，可以帮助理解本发明的特征、方面及优点，其中：
图1为本发明一个实施例的优化系统的示意图；
图2为本发明一个实施例的储层和资源生产系统的示意图；
图3为本发明一个实施例的分析模型的示意图；
图4为图3所示节点13和14的压力随流量变化而变化的趋势示意图；
图5为本发明另一个实施例的分析模型的示意图；
图6为图5所示节点11和12的压力随流量变化而变化的趋势示意图；
图7为本发明一个实施例的优化方法的流程示意图；
图8为本发明另一个实施例的优化方法的流程示意图；
图9为本发明一个实施例的与资源生产系统通信的优化系统的示意图。
具体实施方式
本申请中使用的“包括”、“包含”、或“具有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围以内。本申请中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于所述具体数量，还包括与所述数量接近的、可接受的、不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。在说明书和权利要求中，除非清楚地另外指出，所有项目的单复数不加以限制。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的材料或实施例等。
除非上下文另外清楚地说明，术语“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。本申请说明书中提及“一些实施例”等等，表示所述与本发明相关的一种特定要素(例如特征、结构和/或特点)被包含在本说明书所述的至少一个实施例中，可能或不可能出现于其他实施例中。另外，需要理解的是，所述发明要素可以任何适合的方式结合。以下根据附图说明本发明的实施方式，下文中可能不会详细描述众所周知的功能和结构，以避免因不必要的细节而使本发明变得令人费解。
图1示出了用于优化资源生产系统的目标函数的优化装置90的示意图。该资源生产系统包括但不限于石油生产系统等。该优化装置90包括分析模型901和优化模块902。
分析模型901包括储层模型911、与储层模型911耦合的多个井模型912以及与多个井模型912耦合的地表管道模型913。分析模型901包括不变参数和可变参数。
储层模型911模拟地下储层，如地下油层。基于储层模型911，多个井模型912中的一个井模型底部的压力可以被确定。
多个井模型912模拟资源生产系统的多个井，该多个井用于将流体从储层人工举升至地表。在一些实施例中，多个井模型912与流量集合关联，该流量集合指示了资源生产系统的多个井中的流量。地表管道模型913模拟资源生产系统的地表管道，该地表管道用于混合和运输来自该多个井的流体。
多个井模型912和地表管道模型913包括“段(segment)”和“节点(node)”。段可表示资源生产系统中的组件，如段可表示管道、诸如泵(pump)或油咀(choke)等可操作组件、等等。节点可表示多个段之间的连接点、段和储层模型911之间的连接点、等等。段和/或节点可关联一个或多个参数。例如，表示管道的段可关联诸如管道的长度、直径、粗糙度等不变参数；表示可操作组件(如泵或油咀)的段可关联可变参数，如泵驱动参数或油咀开度等操作参数；节点可关联诸如压力、温度等可变参数。前述泵驱动参数与泵关联，且泵驱动参数的变化通常可致使穿过该泵的流体的流量发生变化。在一些实施例中，泵驱动参数包括但不限于泵速(pump speed)、泵频率(pump frequency)等。
在一些实施例中，多个井模型912包括与至少一个操作参数集合关联的至少一个段集合；在一些实施例中，该至少一个段集合中的每个段集合可能关联多个操作参数集合。在同一个集合中的段表示同一类型的组建。例如，多个井模型912包括表示用于人工举升的泵的段集合(以下“表示泵的段集合”被称为“泵集合”)，且该泵集合与泵驱动参数集合关联。该多个井模型912可进一步包括表示油咀的段集合(以下“油咀的段集合”被称为“油咀集合”)，且油咀集合与油咀开度集合关联。
在一些实施例中，分析模型901进一步包括流体属性模型(图未示)和流体混合模型(图未示)。流体属性模型可包括诸如流体的密度、粘度、表面张力、体积流率等流体特征。在一些实施例中，流体属性模型可与地表管道模型913耦合，并指示与地表管道模型913关联的流体特征；在一些实施例中，流体属性模型可进一步与多个井模型912耦合，并进一步指示与多个井模型912关联的流体特征；在一些实施例中，流体属性模型可进一步与储层模型911耦合，并进一步指示与储层模型911关联的流体特征。流体混合模型模拟涉及流体混合的流体特征的变化，如涉及流体混合的密度、粘度、表面张力、体积流率等流体特征的变化。例如，若将多股流体的流体特征输入流体混合模型，该流体混合模型可输出由该多股流体混合得到的流体的流体特征。在一些实施例中，流体混合模型与地表管道模型913耦合。
优化模块902改变分析模型901的可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化资源生产系统的目标函数。
该目标函数指示资源生产系统的生产目标。目标函数的结果可基于具有该可变参数集合的分析模型901来计算得到。因此，通过改变该可变参数集合，可获得目标函数的多个结果，从而确定目标函数的优化结果。在一些实施例中，目标函数包括但不限于：资源生产系统的产量、资源生产系统的能耗、操作资源生产系统的成本或资源生产系统的利润。
预确定的约束集合对优化模块902运行的优化进行约束，以使优化结果能够在资源生产系统的实际生产过程中被实现。例如，在实际生产过程中，操作参数被限定在一个范围内，以使相应的操作组件能正常工作。又例如，在实际生产过程中，出于多种考量，如一个井的不适当的高流量可对相邻的井的生产带来巨大影响等，流量的适当范围通常是被期望的。在一些实施例中，约束集合包括但不限于：目标函数的最小或最大阈值、分析模型901的操作参数集合的范围、分析模型901的可变参数集合的范围、分析模型901中的预确定的节点的压力范围、分析模型901中的预确定的节点的流体属性范围、分析模型901中的预确定的节点的流量范围、与分析模型901中的预确定的段关联的功耗范围或它们的任意组合。
需要注意的是，由于被期望的范围可能基于实际生产环境而不同，在分析模块902确定预确定的约束集合中的某个范围是否被满足之前，转换可能被采用。例如，预确定的约束集合中的泵驱动参数的范围指示的合适或可能的范围适用于泵水，则在确定计算出的操作参数是否满足预确定的约束之前，该范围需要被转换为适用于泵流体的范围。这种转换方法在本领域是熟知的。
在一些实施例中，被改变的可变参数集合包括流量集合。运行所述优化包括基于具有流量集合的分析模型901计算多个井模型912中第一段集合中每个段两端的压力。在一些实施例中，运行所述优化进一步包括基于计算出的压力和第一段集合中每个段的模型，计算与第一段集合关联的第一操作参数集合。在一些实施例中，优化模块902基于具有流量集合的分析模型901以及位于第一段集合中每个段的上游端的上游的预确定节点的压力，计算第一段集合中每个段的上游端的压力，且基于具有流量集合的分析模型901以及位于第一段集合中每个段的下游端的下游的预确定节点的压力，计算第一段集合中每个段的下游端的压力；并且，基于计算得到的上游端和下游端的压力以及第一段集合中每个段的模型，计算第一操作参数集合。在此，“下游”的方向为沿流体流动的方向，“上游”的方向为与流体的流动相反的方向。
位于所述上游端的上游的预确定节点的压力可预先设定，或基于储层模型911计算。在一些实施例中，井间干扰被考虑，储层模型911包括用于指示相邻的井之间的干扰的干扰函数，则在计算位于上游端的上游的预确定节点的压力时，与相邻的井模型关联的流量是需要的。
位于所述下游端的下游的预确定节点的压力可预先设定，或基于来自资源生产系统中的传感器的数据确定。例如，资源生产系统包括用于探测分离的压力的传感器，该分离器与资源生产系统的地表管道连接，以接收来自地表管道的流体并将流体中的气体与流体中的液体或固液混合物分离，来自传感器的数据被提供给优化装置90，以使优化装置90确定基于该数据确定用于表示该分离器的节点的压力。在一些实施例中，在地表管道中混合流体时的干扰被考虑，则在计算第一段集合中每个段两端的压力时，流体属性模型、流体混合模型和地表管道模型913被使用。
在一些实施例中，多个井模型912包括与第二操作参数集合关联的第二段集合。被改变的可变参数集合包括流量集合和第二操作参数集合。运行所述优化包括基于具有流量集合以及第二操作参数集合的分析模型901，计算多个井模型912的第一段集合中每个段两端的压力(如上游端和下游端的压力)。在一些实施例中，运行所述优化进一步包括基于计算出的压力和第一段集合中每个段的模型来计算与第一段集合关联的第一操作参数集合。
在一些实施例中，第一段集合包括泵集合和油咀集合中的一者，第二段集合包括泵集合和油咀集合中的另一者。泵集合于泵驱动参数集合关联，油咀集合与油咀开度集合关联。需要注意的是，在一些实施例中，分析模型901可包括用于指示与除泵和油咀以外的可操作组件关联的段，且第一和第二段集合可能为用于指示除泵和油咀以外的可操作组件的段的集合。
优化模块902可包括用于实现各种功能的多个单元。在一些实施例中，优化模块902包括分析单元921、优化单元922和调用单元923。
分析单元921接收来自优化单元922的可行的可变参数集合，计算基于具有该可行的可变参数集合的分析模型901计算第一段集合中每个段两端的压力。在一些实施例中，分析单元921进一步基于第一段集合中每个段的模型计算第一操作参数集合。在一些实施例中，该可行的可变参数集合包括流量集合。
优化单元922改变与多个井模型912关联的可变参数集合来获得该可行的可变参数集合，并将该可行的可变参数集合提供给分析单元921，以从分析单元921处获得在满足预确定的约束集合的基础上得到的第一操作参数集合。
调用单元923重复调用分析单元921和优化单元922，直至满足终止条件。
在一些实施例中，终止条件包括被优化的目标函数满足资源生产系统的生产目标，且预确定的约束集合被满足。
生产目标可涉及资源生产系统的产量、资源生产系统的能耗、操作资源生产系统的成本或资源生产系统的利润。例如，生产目标包括但不限于：资源生产系统的比预确定的阈值更大的产量或利润的值，或资源生产系统的比预确定的阈值更小的能耗或操作成本的值。又例如，生产目标包括但不限于：通过改变可变参数集合能够获得的资源生产系统的产量或利润的最大值，或通过改变可变参数集合能够获得的资源生产系统的能耗或操作成本的最小值。由于资源生产系统的产量、利润、能耗或操作成本随可变参数集合的变化而变化的趋势在本领域是熟知的，因此，可基于该变化的趋势确定资源生产系统的产量、利润、能耗或操作成本是否为最大或最小。例如，若基于当前改变的可变参数集合计算得到的产量与基于前一次改变的可变参数集合计算得到的产量之间的差值小于预确定的差值阈值，则基于当前改变的可变参数集合得到的产量可被认为是最大的。
以下更详细的实施例被描述，以进一步说明优化装置90。
请参阅图1-3。图2示出了储层911’以及基于人工举升从储层911’获得流体的资源生产系统。资源生产系统包括地表管道系统913’和多个井100’、200’、300’、400’、500’和600’。地表管道系统913’将流体输送给分离器30’，分离器30’将气体与液体或固液混合物分离。图3示出了分析模型901，分析模型901包括用于模拟储层911’的储层模型911、多个井模型912和用于模拟地表管道系统913’的地表管道模型913，该多个井模型912包括分别用于模拟井100’、200’、300’、400’、500’和600’的井模型100,200,300,400,500和600。
图3中所示虚线用于更好地图示储层模型911、多个井模型912和地表管道模型913，其不具有实际含义。
井模型100包括用于表示管道的段103(以下“段103”被称为“管道103”，且所有段均被称为“组件名称XXX”，其中，“组件名称”为段所表示的组件的名称，“XXX”为段的编号)、泵104和用于表示管道103和泵104的连接点的节点13。类似地，井模型200包括管道203、泵204和用于表示管道203和泵204的连接点的节点23；井模型300包括管道303、泵304和用于表示管道303和泵304的连接点的节点33；井模型400包括管道403、泵404和用于表示管道403和泵404的连接点的节点43；井模型500包括管道503、泵504和用于表示管道503和泵504的连接点的节点53；井模型600包括管道603、泵604和用于表示管道603和泵604的连接点的节点63。
泵集合[104,204,304,404,504,604]与泵驱动参数集合[V1,V2,V3,V4,V5,V6]关联，且泵驱动参数V1、V2、V3、V4、V5和V6分别与泵104、204、304、404、504和604关联。
地表管道模型913包括管道1、2、3、4、5、101、201、301、401、501和601。管道101在节点11连接管道103，管道201在节点21连接管道203，管道301在节点31连接管道303，管道401在节点41连接管道403，管道501在节点51连接管道503，管道601在节点61连接管道603。管道1的一端连接管道2和4，管道1的另一端标记为节点30，该节点30处的压力可表示分离器30’处的压力；管道2、3和101在节点10处互相连接；管道3、201和301在节点20处互相连接；管道4、5和401在节点40处互相连接；管道5、501和601在节点50处互相连接。
储层模型911包括储层105、205、305、405、505和605。储层105在节点14处连接井模型100；储层205在节点24处连接井模型200；储层305在节点34处连接井模型300；储层405在节点44处连接井模型400；储层505在节点54处连接井模型500；储层605在节点64处连接井模型600。节点15、25、35、45、55和65处的压力可为平均储层压力(average reservoirpressure)，该平均储层压力通常是预先设定的。
地表管道模型913和井模型100、200、300、400、500和600中的管道可与管道属性参数，如管道的长度、直径、粗糙度等，关联。井模型100、200、300、400、500和600中的泵可与操作参数，如泵驱动参数等，关联。也即，泵104、204、304、404、504和604与泵驱动参数集合关联，且泵104、204、304、404、504和604中的每一者与泵驱动参数集合中的一个泵驱动参数集合关联。
在一些实施例中，分析模型901包括与井模型100、200、300、400、500和600关联的流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]，例如，流量F1、F2、F3、F4、F5、F6分别与井模型100、200、300、400、500和600关联。在一些实施例中，分析模型901进一步包括流体属性模型和流体混合模型。流体属性模型包括地表管道模型913的管道中的流体的流体特征(如流体的密度、粘度、表面张力、体积流量等)。流体混合模型模拟与地表管道模型913的管道中的流体混合有关的流体特征的变化(如流体的密度、粘度、表面张力、体积流量的变化等)。
优化模块902改变分析模型901的可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化资源生产系统的目标函数，其中，运行该优化包括基于分析模型901计算泵集合[104,204,304,404,504,604]中每个泵两端的压力。在一些实施例中，运行该优化进一步包括基于计算得到的压力和泵集合[104,204,304,404,504,604]中每个泵的模型计算泵驱动参数集合。在一些实施例中，被改变的可变参数集合为流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]。
在一些实施例中，优化模块902的优化单元922改变可变参数集合以获得可行的可变参数集合，并将该可行的可变参数集合提供给优化模块902的分析单元921。分析单元921基于具有该可行的可变参数集合的分析模型901来计算泵集合[104,204,304,404,504,604]中每个泵两端的压力，基于泵集合[104,204,304,404,504,604]中每个泵的模型计算泵驱动参数集合，并将计算得出的泵驱动参数集合提供给优化单元922。优化单元922接收该计算得到的泵驱动参数集合，并确定预确定的约束集合是否被满足。优化模块902的调用单元923重复调用分析单元921和优化单元922，直至满足终止条件。
在一些实施例中，泵集合[104,204,304,404,504,604]中每个泵两端的压力包括泵集合[104,204,304,404,504,604]中每个泵的上游端和下游端的压力。
例如，泵104的压力包括其上游端的压力(即节点14的压力)和其下游端(即节点13的压力)。
节点13的压力可基于节点30的压力、与井100关联的流量F1和地表管道模型913来计算得到。节点30的压力可被预先设定或从分离器的压力传感器处获得。获知从管道103的模型得到的管道103的属性以及通过管道103的流体的流量F1，管道103的压降(即从节点13道节点11的压降)可被确定。相似地，管道101、2、1的压降被确定，由此，从节点13到节点30的压降被确定。由于节点30的压力是已知的，故节点13的压力可因此计算得到。
在一些实施例中，若未考虑地表管道中的干扰，在计算节点13的压力时，可采用位于节点13的上游的节点的压力来替代节点30的压力。例如，节点11的压力可被用来替代节点30的压力，则节点13的压力可通过获得节点11至节点13的压降来计算，节点11至节点13的压降可基于流量F1和管道103的属性来计算。节点11的压力可表示井100’的井口压力，且可被预先设定或通过位于井口的传感器获得。
在一些实施例中，地表管道中的干扰被考虑，节点13的压力可基于节点30的压力、流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]、地表管道模型913、流体属性模型和流体混合模型来计算。管道103和101中的压降可基于流量F1、管道101和103的属性、流体属性模型中与管道101和103关联的流体属性计算得到。来自管道3和101的流体在管道2中混合。通过将于管道3和101关联的流体属性输入流体混合模型，获得与管道2关联的流体属性。管道2中的压降基于流量F1、F2和F3、管道2的属性、与管道2关联的流体属性计算得到。类似地，管道1中的压降基于流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]、管道1的属性、与管道2和4关联的流体属性以及流体混合模型计算得到。则从节点13至节点30的压降可计算得到，节点13的压力被确定。
节点14的压力可基于节点15的压力、流量F1和储层模型911计算得到。节点15的压力可以预先设定。在不考虑井间干扰的情况下，储层模型911可基于流量F1输出井模型100底部的压力，即节点14的压力。若考虑井间干扰，储层模型911可包括用于计算相邻的井之间的干扰的函数，并基于流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]输出井模型100底部的压力。
得知节点14和13的压力可计算泵104的泵压增量，并且，泵104的泵驱动参数V1可基于泵104的模型和泵压增量，并利用诸如对分查找(binary search)等勘根定理(rootfinding algorithm)来计算得到。
请参阅图3和图4，其中图4所示坐标系的X轴表示流量F1，图4中所示Y轴表示压力。在不考虑地表管道中混合流体的干扰和井间干扰的情况下，节点13的压力随流量F1的变化而变化的趋势如线条L13所示，节点14的压力随流量F1的变化而变化的趋势如线条L14所示。节点13的压力随流量F1的增长而增长，节点14的压力随着流量F1的增长而下降。当F1变为F11，可基于前述方案计算压力P13和压力P14，进而确定泵104的泵压增量P1314。需要注意的是，为了确保节点13的压力大于节点14的压力，最后获得的流量F1(即优化装置90执行的优化的结果中的流量F1)应大于流量F10，在该流量F10处线条L13和线条L14相交。
请返回图1-3。泵驱动参数V2,V3,V4,V5和V6的计算与泵驱动参数V1的计算相似。
改变可变参数集合并满足预确定的约束集合来优化资源生产系统的目标函数，对获得期望的生产结果十分有利。特别地，改变流量并通过计算第一段集合中每个段两端的压力以及计算与第一段集合关联的第一操作参数集合来优化目标函数，对减少获得优化结果的时间消耗带来重大贡献。在一些实施例中，相比通过改变操作参数集合来获得优化结果的时间消耗，通过改变流量集合来获得优化结果的时间消耗可减少到原来的若干分之一。此外，考虑干扰可获得更好的优化结果。例如，不考虑干扰的情况下得到的优化后的泵驱动参数很可能低于考虑干扰的情况下得到的优化后的泵驱动参数，且不考虑干扰的情况下得到的产量很可能低于考虑干扰的情况下得到的产量。
请参阅图1-5。图5示出了根据本发明另一个实施例的分析模型901。
参照图5实施例的储层模型911和地表管道模型913与参照图3所示实施例的储层模型和地表管道模型913相似。参照图3所示实施例的多个井模型912与参照图5所示实施例的多个井模型912的主要区别包括：井模型100、200、300、400、500和600中的每一者包括与地表管道模型913连接的油咀。
井模型100的油咀102在节点12处与井模型100的管道103连接，并在节点11处与地表管道模型913的管道101连接。井模型200的油咀202在节点22处与井模型200的管道203连接，并在节点21处与地表管道模型913的管道201连接。井模型300的油咀302在节点32处与井模型300的管道303连接，并在节点31处与地表管道模型913的管道301连接。井模型400的油咀402在节点42处与井模型400的管道403连接，并在节点41处与地表管道模型913的管道401连接。井模型500的油咀502在节点52处与井模型500的管道503连接，并在节点51处与地表管道模型913的管道501连接。井模型600的油咀602在节点62处与井模型600的管道603连接，并在节点61处与地表管道模型913的管道601连接。
油咀集合[102,202,302,402,502,602]与油咀开度[C1,C2,C3,C4,C5,C6]关联，且井模型100、200、300、400、500和600中的油咀102、202、302、402、502和602分别与油咀开度C1、C2、C3、C4、C5和C6关联。
参照图5所示实施例的优化模块902改变参照图5所示实施例的分析模型901的可变参数集合，并满足预确定的约束条件，以优化资源生产系统的目标函数。
在一些实施例中，可变参数结合包括流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]和泵驱动参数集合[V1,V2,V3,V4,V5,V6]，运行所述优化包括基于分析模型901计算油咀集合[102,202,302,402,502,602]中每个油咀两端的压力；在一些实施例中，运行所述优化还包括基于计算得到的压力和油咀集合[102,202,302,402,502,602]中每个油咀的模型计算油咀开度集合[C1,C2,C3,C4,C5,C6]。
在一些实施例中，前述油咀集合[102,202,302,402,502,602]中每个油咀两端的压力包括油咀集合[102,202,302,402,502,602]中每个油咀的上游端和下游端的压力。
例如，油咀102的压力包括其上游端的压力(即节点12的压力)和其下游端的压力(即节点11的压力)。
在不考虑地表管道中混合流体的干扰的情况下，节点11的压力可基于节点30的压力、流量F1和管道101、2、1的属性(管道101、2、1的属性可从地表管道模型913中获得)计算得到。在考虑地表管道中混合流体的干扰的情况下，节点11的压力可基于节点30的压力、流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]、地表管道模型913、流体属性模型和流体混合模型来计算得到。计算节点11的压力的方式与参照图3所示实施例中计算节点13的压力的方式相似，在此不再详述。
在不考虑井间干扰的情况下，节点12的压力可基于节点15的压力、流量F1、泵驱动参数V1和储层模型911计算得到。例如，节点14的压力由储层模型911基于节点15的压力和流量F1输出；泵104的泵压增量基于泵驱动参数V1、流量F1和泵104的模型来计算得到；管道103的压降基于流量F1和管道103的属性计算得到；则，节点12的压力可基于节点14的压力、泵104的泵压增量和管道103的压降计算得到。在一些实施例中，若不考虑井间干扰，节点12的压力可直接从位于井口的压力传感器处获得。
若考虑井间干扰，则节点12的压力可基于节点15的压力、流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]、泵驱动参数V1和储层模型911计算得到。例如，储层模型911包括用于计算相邻的井之间的干扰的函数，并基于流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]和节点15的压力输出节点14的压力。泵104的泵压增量与管道103的压降的计算与前述内容相似，在此不再详述。
获知节点11和节点12的压力，可计算油咀102的压降，且可基于油咀102的模型和上述压降，并利用诸如对分查找等勘根定理，计算油咀102的油咀开度C1。
在一些实施例中，可变参数集合包括流量集合[F1,F2,F3,F4,F5,F6]和油咀开度[C1,C2,C3,C4,C5,C6]，运行所述优化包括基于分析模型901计算泵集合[104,204,304,404,504,604]中每个泵两端的压力；在一些实施例中，运行所述优化进一步包括：基于计算得到的压力和泵[104,204,304,404,504,604]中每个泵的模型，计算泵驱动参数[V1,V2,V3,V4,V5,V6]。由于该等实施例与前述实施例相似，故在此不再详述，
油咀开度C2,C3,C4,C5和C6的计算与油咀开度C1的计算相似。
请参阅图5-6，其中，图6所示坐标系的X轴表示流量F1，图6所示Y轴表示压力。在不考虑地表管道中混合流体的干扰和井间干扰的情况下，节点11的压力随流量F1的变化而变化的趋势如线条L11所示，节点12的压力随流量F1的变化而变化的趋势如线条L12所示。节点11的压力随流量F1的增长而增长，节点12的压力随着流量F1的增长而下降。当F1变为F16，可基于前述方案计算压力P11和压力P12，进而确定油咀102的压降P1112。需要注意的是，为了确保节点12的压力大于节点11的压力，最后获得的流量F1(优化结果中的流量F1)应小于流量F15，在该流量F15处线条L11和线条L12相交。
请参阅图1和图7。图7示出了本发明一个实施例的用于优化资源生产系统的目标函数的优化方法700的流程示意图。优化方法700包括步骤710和步骤720。
在步骤710中，资源生产系统的分析模型901被建立。分析模型901包括储层模型911、与储层模型911耦合的多个井模型912以及与多个井模型912耦合的地表管道模型913。多个井模型912包括与第一操作参数集合关联的第一段集合。在一些实施例中，分析模型901进一步包括与地表管道模型913关联的流体混合模型(图未示)和流体属性模型(图未示)。
在步骤720中，改变可变参数集合并满足预确定的约束集合，以优化资源生产系统的目标函数，其中，运行所述优化包括基于分析模块901计算第一段集合中每个段两端的压力。在一些实施例中，运行所述优化进一步包括基于计算得到的压力和第一段集合中每个段的模型计算第一操作参数集合。
在一些实施例中，可变参数集合包括与多个井模型912关联的流量集合，第一段集合包括泵集合且第一操作参数集合包括泵驱动参数集合。
在一些实施例中，多个井模型912进一步包括与第二操作参数集合关联的第二段集合，包括流量集合以及第二段集合的可变参数集合在步骤720中使用。在一些实施例中，第一段集合为泵集合且第二段集合为油咀集合；在一些实施例中，第一段集合为油咀集合且第二段集合为泵集合。
请参阅图1和7-8。在一些实施例中，步骤720包括步骤721、步骤722和步骤723。
在步骤721中，执行目标函数的优化，并评估终止条件以确定其是否被满足。终止条件的评估包括被优化的目标函数是否满足生产目标以及预确定的约束集合是否被满足。目标函数的优化包括基于具有可变参数集合的分析模型901计算第一段集合中每个段两端的压力，并基于计算出的第一段集合中每个段两端的压力以及第一段集合中每个段的模型来计算第一操作参数集合。
在一些实施例中，可变参数集合包括流量集合，且第一操作参数集合包括泵驱动参数集合。在一些实施例中，可变参数集合包括泵驱动参数集合和油咀开度集合中的一者以及流量集合，第一操作参数集合包括泵驱动参数集合和油咀开度集合中的另一者。
若终止条件未被满足，在步骤722中改变可变参数集合，且再次执行步骤721。在一些实施例中，基于预确定的约束集合来改变可变参数集合，以获得用于执行步骤721的可行的可变参数集合。
若终止条件被满足，在步骤723中，获得优化结果。优化结果可包括最后被改变的可变参数集合和/或第一操作参数集合。
考虑井间干扰和地表管道中的干扰，可获得更好的优化结果。并且，通过改变流量集合(或泵驱动参数集合和油咀开度集合中的一者以及流量集合)来计算泵驱动参数集合(或计算泵驱动参数集合和油咀开度集合中的另一者)，而不是改变泵驱动参数集合(或泵驱动参数集合以及油咀开度集合)来计算流量集合，并通过为每个被改变的流量集合(或被改变的泵驱动参数集合和油咀开度集合中的一者以及流量集合)来计算第一段集合中每个段两端的压力，而不是利用节点分析算法(nodal analysis algorithm，如为每个被改变的操作参数集合计算两条曲线，该两条曲线表示同一个节点上的压力随与包括该节点的井模型关联的流量变化而变化的两种趋势)，算法效率可以显著提高。例如，相比使用节点分析算法，通过使用本实施例的算法的计算时间可减少至原来的25分之一。
在一些实施例中，优化装置90可被包括在优化系统中，且该优化系统可进一步包括用于与多个井通信的井管理系统。优化装置90将优化结果提供给井管理系统，井管理系统与资源生产系统的多个井通信，基于优化结果进行生产优化。
图9示出了根据本发明一个实施例的与资源生产系统910通信的优化系统890。
资源生产系统910包括延伸至地下储层并将地下储层中的流体人工举升至地表的多个井109、209、309、409、509和609。
优化系统890包括用于与多个井109、209、309、409、509和609通信的井管理系统80以及用于与井管理系统80通信的优化装置90。井管理系统80可与优化装置90集成在一起，或井管理系统80可与优化装置90远程通信。优化装置90可为中心服务器、分布式服务器或它们的组合。优化装置90已在参照图1-6所示实施例中详述，在参照图9所示实施例中不再详述。
井管理系统80包括多个井管理单元801、802、803、804、805和806，该多个井管理单元中的每个井管理单元获取与井相关的数据。井管理单元801、802、803、804、805和806可利用，如多个传感器，来获得与井相关的数据。与井相关的数据可包括但不限于：井的温度、压力、流量等。
井管理系统80向优化装置90提供与井109、209、309、409、509和609有关的数据。优化装置90可根据从井管理系统80接收到的数据更新分析模型901(在参照图1-6所示实施例中已描述)。并且，若优化结果确定，优化装置90将包括，如一个或多个操作参数集合的，数据提供给井管理系统80，由此，井管理系统80能够操作井109、209、309、409、509和609中诸如泵、油咀等可操作组件，以实现生产优化。
虽然结合特定的实施例对本发明进行了描述，但所示的详细描述并非用于表示限制，因为在不脱离本发明精神的基础上可进行各种修改和变型。因此，本领域的技术人员可使用常规手段对在此公开的本发明进行进一步的修改和等同。要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (11)

1.一种用于优化资源生产系统的目标函数的优化装置，其特征在于，其包括：
所述资源生产系统的分析模型，其被配置为接收来自该资源生产系统的数据，该分析模型包括储层模型、与该储层模型耦合的多个井模型、与该多个井模型耦合的地表管道模型，其中，所述多个井模型包括与第一操作参数集合关联的第一段集合；及
优化模块，其被配置为改变所述分析模型的一个可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化所述资源生产系统的目标函数，其中，运行所述优化包括基于所述分析模型来计算所述第一段集合中的每个段两端的压力。
2.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述目标函数包括：所述资源生产系统的产量、所述资源生产系统的能耗、操作所述资源生产系统的成本、或所述资源生产系统的利润。
3.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述预确定的约束集合包括：所述目标函数的最小或最大阈值、所述分析模型的操作参数集合的范围、所述分析模型的可变参数集合的范围、所述分析模型中的预确定的节点的压力范围、所述分析模型中的预确定的节点的流体属性范围、所述分析模型中的预确定的节点的流量范围、与所述分析模型中的预确定的段关联的功耗范围、或它们的任意组合。
4.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述第一操作参数集合包括泵驱动参数集合，所述可变参数集合包括流量集合，所述优化模块基于具有所述流量集合的所述分析模型计算所述第一段集合中的每个段两端的压力，并基于计算得到的压力和所述第一段集合中每个段的模型计算所述第一操作参数集合。
5.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述多个井模型包括与第二操作参数集合关联的第二段集合，所述可变参数集合包括第二操作参数集合以及与所述多个井模型关联的流量集合。
6.根据权利要求5所述的优化装置，其特征在于，所述优化模块基于具有所述流量集合和所述第二操作参数集合的分析模型计算所述第一段集合中每个段两端的压力，并基于计算得到的压力和所述第一段集合中每个段的模型计算所述第一操作参数集合。
7.根据权利要求5或6所述的优化装置，其特征在于，所述第一段集合包括泵集合且所述第二段集合包括油咀集合，或者，所述第一段集合包括油咀集合且所述第二段集合包括泵集合。
8.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述优化模块包括：
分析单元，其被配置为接收可行流量集合，并基于所述第一段集合中每个段的模型计算所述第一操作参数集合；
优化单元，其被配置为改变与所述多个井模型关联的流量集合来获得所述可行流量集合，并将该可行流量集合提供给所述分析单元，以获得在满足所述预确定的约束集合的情况下计算得到的所述第一操作参数集合；及
调用单元，其被配置为重复调用所述分析单元和所述优化单元，直至满足终止条件。
9.根据权利要求1所述的优化装置，其特征在于，所述分析模型包括与所述储层模型、所述多个井模型和所述地表管道模型中的至少一者关联的流体属性模型和流体混合模型，所述第一段集合中每个段两端的压力基于具有与所述多个井模型关联的所述流量集合、所述地表管道模型、所述流体混合模型和所述流体属性模型的所述分析模型来计算。
10.一种用于优化资源生产系统的目标函数的优化方法，其特征在于，其包括：
建立所述资源生产系统的分析模型，该分析模型接收来自该资源生产系统的数据，该分析模型包括储层模型、与该储层模型耦合的多个井模型、与该多个井模型耦合的地表管道模型，其中，所述多个井模型包括与第一操作参数集合关联的第一段集合；及
改变所述分析模型的一个可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化所述资源生产系统的目标函数，其中，运行所述优化包括基于所述分析模型来计算所述第一段集合中的每个段两端的压力。
11.一种用于包括多个井的资源生产系统的优化系统，其特征在于，其包括：
井管理系统，其被配置为与所述多个井通信；及
优化装置，其被配置为与所述井管理系统通信，其包括：
所述资源生产系统的分析模型，其被配置为接收来自该资源生产系统的数据，该分析模型包括储层模型、与该储层模型耦合的多个井模型、与该多个井模型耦合的地表管道模型，其中，所述多个井模型包括与第一操作参数集合关联的第一段集合；
优化模块，其被配置为改变所述分析模型的一个可变参数集合，并满足预确定的约束集合，来优化所述资源生产系统的目标函数，其中，运行所述优化包括基于所述分析模型来计算所述第一段集合中的每个段两端的压力；
其中，所述优化模块向井管理系统提供所述优化的结果，所述井管理系统与所述多个井通信，以基于所述优化的结果进行生产优化。
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