一种页岩气田井组划分三级优化方法技术

本发明专利技术公开了一种页岩气田井组划分三级优化方法。其技术方案是采用分级优化与集成策略，将井组优化划分问题转化为三级优化问题：以页岩气田各开发年份集气管网系统建设费用最省为目标函数，建立不同开发年份的集气站站址优化模型；采用层次聚类法将各开发年份最优集气站站址划分为若干个聚类簇，将每个簇的聚类中心作为全局最优集气站站址；以各全局最优集气站与井场的距离之和最短为目标函数，建立页岩气田全局最优集气站与井场之间隶属关系的优化模型。本发明专利技术考虑了页岩气井产量衰减快且不断有新井投产的非常规特性，为确定页岩气田全生命周期内集气管网建设费用最省的井组划分方案提供了新方法，对降低页岩气地面工程建设成本具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种页岩气田井组划分优化方法，属于页岩气田集输管网系统布局优化

技术介绍
页岩气作为一种极具开发价值的非常规天然气资源，在世界天然气资源总量中所占比例正逐年攀升，受到世界各国的高度关注。但由于页岩气井具有产量衰减速率快、上产时间长、采用大规模滚动开发等非常规特征，导致开发成本高，投资风险大，必须实施低成本策略才能实现盈利。对页岩气地面集输管网系统进行优化设计，是降低页岩气开发成本的重要途径之一。页岩气地层渗透性差，在开发过程中需要钻大量生产井。为节约开发成本和减少对环境的影响，往往在同一井场内钻4～20口不等的从式井。井组划分是指确定页岩气田大量井场的分团方案，即确定集气站的数量、位置及其与井场之间的隶属关系。目前，页岩气田井组划分一般采用方案比选或综合评价的方式。其基本思想是根据工程经验，建立几种相对合理的井组划分方案，再对其进行相互比选，从中选出较优方案作为最终方案。这种方式简单易行，但与工程人员的经验密切相关，优化结果难以实现全局最优。目前，国内外学者在常规气田井组优化方法上已有了大量研究成果，在工程实践中已得到较为广泛的应用，对页岩气气田井组优化划分有一定的借鉴意义。其通常采用建立数学模型的方法，即通过构造反映优化目标与变量之间关系的目标函数，在约束条件下，求解目标函数的极值，以得到对应的井组优化划分方案。常见的数学模型大致分为三类，即分别以管道建设费用最省、管线长度最短、管线产量距离最短作为目标函数，选择集气站站址、井场与集气站隶属关系作为决策变量，在集气站所辖井场数目和集输半径等约束条件下，建立相应井组优化划分模型。但这些模型均基于以下假设：各井场同时投产；各井场产量为常量，不随开发时间变化而变化。因此，以上模型只能用于开发周期长且产量稳定的常规气田，不适合具有产量衰减速率快、上产时间长、采用大规模滚动开发等显著非常规特征的页岩气田井组优化划分。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有优化方法存在的缺陷，提供一种适应页岩气井产量衰减快、不断有新井投产等非常规特性的井组优化划分方法，为获得页岩气田全生命周期内集气管网建设费用最省的井组划分方案提供依据，以降低页岩气地面工程建设成本。其技术方案包含以下步骤：步骤a、根据页岩气田先导性开发试验获得的探井生产动态曲线，采用幂律指数递减法或双曲线递减法得到相应区块单井的产量衰减特性曲线；根据各单井投产计划安排和产量衰减特性曲线，确定各井场产量衰减曲线；步骤b、以页岩气田自投产以来各开发年份集气管网系统建设费用最省为目标函数，以集气站站址、井场与集气站的隶属关系作为决策变量；在井场隶属关系约束、开发时间约束、集气站处理量约束、集气站所辖井场数目约束、集输半径约束、集气站站址约束等约束条件下，建立页岩气田在不同开发年份的集气站站址优化模型；步骤c、采用层次聚类法，将页岩气田各开发年份的最优集气站站址划分为若干个聚类簇，每个簇的聚类中心作为页岩气田全局最优的集气站站址；步骤d、以页岩气田全局最优集气站站址到井场之间的距离之和最短为目标函数，以井场与集气站的隶属关系作为决策变量；在井场隶属关系约束、集气站处理量约束、集气站所辖井场数目约束、集输半径约束等约束条件下，建立页岩气田全局最优集气站与井场之间隶属关系的优化模型。根据权利要求书1所述的一种页岩气田井组划分三级优化方法，其特征在于，步骤b中所述的页岩气田集气管网系统建设费用包括集气管线和集气站的建设费用。根据权利要求书1所述的一种页岩气田井组划分三级优化方法，其特征在于，步骤b和步骤d中所述的约束条件：井场隶属关系约束是指对于任一井场，有且只有一个集气站与其相连；开发时间约束是指将页岩气田不同开发时期投产的井场都纳入到相应优化模型中；集气站处理量约束是指任一集气站的处理量上限和下限，应满足处理所辖井场在各开发年份的全部产量；集气站所辖井场数目约束是指单个集气站可管辖井场的最大数量；集输半径约束是指集气管道长度应不超过经济的集气半径；集气站站址约束是指集气站设在所辖井组的产量中心。根据权利要求书1所述的一种页岩气田井组划分三级优化方法，其特征在于，步骤c中所述的层次聚类法采用single-linkage聚类方法。本专利技术的有益效果是：考虑了页岩气井产量衰减快且不断有新井场投产的特性，采用分级优化与集成的策略，将页岩气井组划分问题转化为三级优化问题。通过建立相应的优化模型，分别确定页岩气田在不同开发年份的最优集气站站址、页岩气田全局最优集气站站址及其与井场之间的最佳隶属关系。本专利技术为确定页岩气田全局集气管网建设费用最省的井组划分方案提供了新思路，对降低页岩气田地面工程建设成本具有重要意义。附图说明图1为某页岩气田不同区块两个典型井场的产量衰减曲线图2为某页岩气田开发第六年的最优井组划分方案图3为某页岩气田2014～2030年之间所有的年度最优集气站站址图4为某页岩气田全局最优的集气站站址图5为某页岩气田全生命周期内的最优井组划分方案图6为页岩气田井组划分三级优化方法的流程图具体实施方式具体实施例：以国内某页岩气田为例，并结合附图来说明本专利技术的内容及实现原理：本专利技术的技术方案是采用分级优化与集成策略，将井组优化划分问题转化为三级优化问题：以页岩气田各开发年份集气管网系统建设费用最省为目标函数，建立不同开发年份的集气站站址优化模型；采用层次聚类法将各开发年份的最优集气站站址划分为若干个聚类簇，将每个簇的聚类中心作为全局最优集气站站址；以各全局最优集气站与井场的距离之和最短为目标函数，建立页岩气田全局最优集气站与井场之间的隶属关系优化模型。具体过程如下：1、井场基本概况及产量衰减规律预测某页岩气田目前已完成前期试采评估，证实该区块储层厚度大、资源量丰富。计划在2014-2030年之间共计部署钻井1050余口、井场86个，稳产阶段设计产能1500×104m3/d。根据页岩气地面工程建设方案，页岩气田开发与建设时间安排，如表1所示。井场分布如图5所示。表1某页岩气田开发与建设时间安排基于页岩气田先导性开发试验得到的部分单井生产动态曲线，分别采用幂律指数递减法和双曲线递减法对各区块所有井的平均产量曲线进行拟合，选取拟合程度较高的曲线作为该区块的单井产量衰减曲线。结合各井场投产计划安排，通过叠加方法得到各井场的产量衰减曲线，如图2所示。2、页岩气田不同开发年份的集气站站址优化模型的建立以页岩气田自投产以来各开发年份集气管网系统建设费用最省为目标函数，选取集气站站址、井场与集气站的隶属关系作为决策变量。在井场隶属关系约束、开发时间约束、集气站处理量约束、集气站所辖井场数目约束、集输半径约束以及集气站站址约束等约束条件下，建立页岩气田在不同开发年份的集气站站址优化模型。其具体步骤包括：(1)建立目标函数页岩气田集气管网系统建设费用包括集气管线和集气站的建设费用。其中，集气管线的建设费用主要与其长度、管径及壁厚等参数有关。但页岩气田内部集输管道一般属于同一压力等级，管道壁厚相差不大。此外，在集气管道长度一定的情况下，管道流量主要与管径有关。由于每个井场只能与一个集气站相连，井场和集气站之间集气管道流量即为井场的实时产气量。因此，集气管线的建设费用可以表示为长度和井场产气量的函数。同时，集气站建设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种页岩气田井组划分三级优化方法，其特征是包含以下步骤：步骤a、根据页岩气田先导性开发试验获得的探井生产动态曲线，采用幂律指数递减法或双曲线递减法得到相应区块单井的产量衰减特性曲线；根据各单井投产计划安排和产量衰减特性曲线，确定各井场产量衰减曲线；步骤b、以页岩气田自投产以来各开发年份集气管网系统建设费用最省为目标函数，以集气站站址、井场与集气站的隶属关系作为决策变量；在井场隶属关系约束、开发时间约束、集气站处理量约束、集气站所辖井场数目约束、集输半径约束、集气站站址约束等约束条件下，建立页岩气田在不同开发年份的集气站站址优化模型；步骤c、采用层次聚类法，将页岩气田各开发年份的最优集气站站址划分为若干个聚类簇，每个簇的聚类中心作为页岩气田全局最优的集气站站址；步骤d、以页岩气田全局最优集气站站址到井场之间的距离之和最短为目标函数，以井场与集气站的隶属关系作为决策变量；在井场隶属关系约束、集气站处理量约束、集气站所辖井场数目约束、集输半径约束等约束条件下，建立页岩气田全局最优集气站与井场之间隶属关系的优化模型。

【技术特征摘要】
1.一种页岩气田井组划分三级优化方法，其特征是包含以下步骤：步骤a、根据页岩气田先导性开发试验获得的探井生产动态曲线，采用幂律指数递减法或双曲线递减法得到相应区块单井的产量衰减特性曲线；根据各单井投产计划安排和产量衰减特性曲线，确定各井场产量衰减曲线；步骤b、以页岩气田自投产以来各开发年份集气管网系统建设费用最省为目标函数，以集气站站址、井场与集气站的隶属关系作为决策变量；在井场隶属关系约束、开发时间约束、集气站处理量约束、集气站所辖井场数目约束、集输半径约束、集气站站址约束等约束条件下，建立页岩气田在不同开发年份的集气站站址优化模型；步骤c、采用层次聚类法，将页岩气田各开发年份的最优集气站站址划分为若干个聚类簇，每个簇的聚类中心作为页岩气田全局最优的集气站站址；步骤d、以页岩气田全局最优集气站站址到井场之间的距离之和最短为目标函数，以井场与集气站的隶属关系作为决策变量；在井场隶属关系约束、集气站处理量约束、集气站所辖井场数目约束、集输...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑康，郑昕，姚婷，张优，贾敏，黄金明，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51