本发明属于气藏开发优化技术领域，尤其涉及气藏注气提采与协同建库优化方法、系统、设备及介质，包括：构建气藏矿场级数值模拟模型；输入注气提采与改建储气库过程的转换时机与工程参数；根据各子过程需取得的目标，建立单目标全过程优化子模型，采用智能优化算法调用数值模拟模型，得到各子模型的优化目标值；综合多个子过程的优化目标，构建全过程协同目标函数；预设迭代寻优次数，采用智能优化算法调用数值模拟模型，得到不同转换时机与工程参数组合下的全过程协同目标函数值；完成迭代寻优，得到全过程协同目标函数最大时对应的转换时机与工程参数组合。本发明实现了气藏开发中多过程多目标的准确优化，为指导气藏开发提供有力支撑。
1.气藏注气提采与协同建库优化方法，其特征在于：包括：
S1：获取目标气藏的建模数据，构建目标气藏矿场级的数值模拟模型；
S2：在数值模拟模型中输入气藏注气提采过程与改建储气库过程的转换时机和工程参数；
S3：将气藏注气提采过程与改建储气库过程划分为多个子过程，根据各子过程需取得的目标，建立各子过程的单目标全过程优化子模型，并通过智能优化算法调用所述数值模拟模型，生成单目标全过程优化子模型的优化目标值；
S4：根据各子过程的优化目标、对应的权重以及优化目标值，构建全过程协同目标函数；
S5：预设迭代寻优次数，通过智能优化算法调用所述的数值模拟模型，得到不同转换时机与工程参数组合下的全过程系统目标函数值，直至迭代寻优完成，得到全过程协同目标函数最大时对应的转换时机与工程参数组合；
其中， 为天然气产量所占的比重，G为不同参数组合下天然气产量， 为经济净现值所占的比重，NPV为不同参数组合下经济净现值， 为储气库储气量所占的比重，Q为不同参数组合下储气库的储气量， 为气井工作气量所占的比重，Qp为不同参数组合下气井工作气量。
2.根据权利要求1所述的气藏注气提采与协同建库优化方法，其特征在于：所述S1中建模数据包括地质开发资料、生产动态特征以及井网信息；
所述地质开发资料包括气藏埋深、孔隙度场、渗透率场、饱和度场、净毛比场、温度场、压力场、气体组成、地层水特征、岩石特征以及相对渗透率曲线；
所述生产动态特征包括日产气量、日产水量以及井底流压情况；
所述井网信息包括井的数量、井的类型、井位坐标以及各井的工作制度。
3.根据权利要求1所述的气藏注气提采与协同建库优化方法，其特征在于：所述S2中转换时机为目标气藏由注气提采过程转入改建储气库过程的地层压力；
气藏注气提采的工程参数包括：注气速度、注气量、注入压力以及生产速度；
气藏改建储气库过程的工程参数包括：井网信息、注气速度、注气时间、上限压力、运行压力、产气速度、产气时间以及下限压力。
4.根据权利要求1所述的气藏注气提采与协同建库优化方法，其特征在于：所述S3中根据各子过程需取得的目标包括：气藏注气提采过程中需取得的目标以及气藏改建储气库过程中需取得的目标；
气藏注气提采过程中需取得的目标包括：生产天然气总量最大以及经济净现值最大；
气藏改建储气库过程中需取得的目标包括：储气库储气量最多以及气井注入产气能力最大；
单目标全过程优化子模型的优化目标值包括：天然气最大产量Gmax、最大经济净现值NPVmax、最大储气库储气量Qmax、最大气井工作气量Qpmax。
5.气藏注气提采与协同建库优化系统，其特征在于：包括：
数值模拟模型构建模块：用于获取目标气藏的建模数据，构建目标气藏矿场级的数值模拟模型；
输入模块：在数值模拟模型中输入气藏注气提采过程与改建储气库过程的转换时机和工程参数；所述转换时机为目标气藏由注气提采过程转入改建储气库过程的地层压力；
气藏注气提采的工程参数包括：注气速度、注气量、注入压力以及生产速度；
气藏改建储气库过程的工程参数包括：井网信息、注气速度、注气时间、上限压力、运行压力、产气速度、产气时间以及下限压力；
单目标全过程优化子模型构建模块：将气藏注气提采过程与改建储气库过程划分为多个子过程，根据各子过程需取得的目标，建立各子过程的单目标全过程优化子模型；所述各子过程需取得的目标包括：气藏注气提采过程中需取得的目标以及气藏改建储气库过程中需取得的目标；
单目标全过程优化子模型计算模块：用于采用智能优化算法调用所述数值模拟模型，生成单目标全过程优化子模型的优化目标值；
全过程协同目标函数构建模块：根据各子过程的优化目标、对应的权重以及优化目标值，构建全过程协同目标函数；
迭代寻优模块：预设迭代寻优次数；所述迭代寻优模块用于通过智能优化算法调用所述的数值模拟模型，得到不同转换时机与工程参数组合下的全过程系统目标函数值，直至迭代寻优完成，得到全过程协同目标函数最大时对应的转换时机与工程参数组合；
其中， 为天然气产量所占的比重，G为不同参数组合下天然气产量， 为经济净现值所占的比重，NPV为不同参数组合下经济净现值， 为储气库储气量所占的比重，Q为不同参数组合下储气库的储气量， 为气井工作气量所占的比重，Qp为不同参数组合下气井工作气量。
6.一种电子设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于运行所述计算机程序并执行如权利要求1‑4任一项所述的气藏注气提采与协同建库优化方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1‑4任一项所述的气藏注气提采与协同建库优化方法。
气藏注气提采与协同建库优化方法、系统、设备及介质
技术领域
[0001] 本发明属于气藏开发优化技术领域，尤其涉及气藏注气提采与协同建库优化方法、系统、设备及介质。
背景技术
[0002] 天然气是维持我国能源安全的重要战略资源，天然气为碳氢化合物且为低碳能源，相较于煤、石油等传统能源更为清洁高效；目前多数天然气藏开始时均采用衰竭式开发，然而地层能量亏空严重，亟需补充能量维持生产，此时注气提采被认为是合理有效的接替技术，确定注气过程中合理的注采参数是实现天然气藏经济有效开发的前提；另一方面，确定储气库的工程参数是实现储气库安全有效运行的基础，因此需要确定气藏注气提采与改建储气库过程中的工程参数，用以指导天然气藏经济安全高效的开发。
[0003] 确定气藏开发过程中的工程参数多采用类比法或以一个目标进行优化，区块间会存在差异性，片面的追求单一目标会顾此失彼，得不到好的开发效果；而采用多目标进行优化，会出现各目标间量纲不一致，造成优化过程收敛性差，结果可靠性较差；气藏开发中注气提采需要满足经济性与开采能力的最大化，储气库建库需要同时满足安全与工作能力的最大化，对上述过程中工作参数的确定提出了新要求，目前尚未见考虑气藏开发中多过程多目标协同的优化方法，无法实现气藏开发全过程的开发决策。
发明内容
[0004] 本发明所解决的技术问题在于提供一种气藏注气提采与协同建库优化方法、系统、设备及介质，以解决目前气藏开发中多过程多目标缺少准确优化，使得指导气藏开发缺少有力支撑的问题。
[0005] 本发明提供的基础方案：气藏注气提采与协同建库优化方法，包括：
[0006] S1：获取目标气藏的建模数据，构建目标气藏矿场级的数值模拟模型；
[0007] S2：在数值模拟模型中输入气藏注气提采过程与改建储气库过程的转换时机和工程参数；
[0008] S3：将气藏注气提采过程与改建储气库过程划分为多个子过程，根据各子过程需取得的目标，建立各子过程的单目标全过程优化子模型，并通过智能优化算法调用所述数值模拟模型，生成单目标全过程优化子模型的优化目标值；
[0009] S4：根据各子过程的优化目标、对应的权重以及优化目标值，构建全过程协同目标函数；
[0010] S5：预设迭代寻优次数，通过智能优化算法调用所述的数值模拟模型，得到不同转换时机与工程参数组合下的全过程系统目标函数值，直至迭代寻优完成，得到全过程协同目标函数最大时对应的转换时机与工程参数组合。
[0011] 进一步，所述S1中建模数据包括地质开发资料、生产动态特征以及井网信息；
[0012] 所述地质开发资料包括气藏埋深、孔隙度场、渗透率场、饱和度场、净毛比场、温度场、压力场、气体组成、地层水特征、岩石特征以及相对渗透率曲线；
[0013] 所述生产动态特征包括日产气量、日产水量以及井底流压情况；
[0014] 所述井网信息包括井的数量、井的类型、井位坐标以及各井的工作制度。
[0015] 进一步，所述S2中转换时机为目标气藏由注气提采过程转入改建储气库过程的地层压力；
[0016] 气藏注气提采的工程参数包括：注气速度、注气量、注入压力以及生产速度；
[0017] 气藏改建储气库过程的工程参数包括：井网信息、注气速度、注气时间、上限压力、运行压力、产气速度、产气时间以及下限压力。
[0018] 进一步，所述S3中根据各子过程需取得的目标包括：气藏注气提采过程中需取得的目标以及气藏改建储气库过程中需取得的目标；
[0019] 气藏注气提采过程中需取得的目标包括：生产天然气总量最大以及经济净现值最大；
[0020] 气藏改建储气库过程中需取得的目标包括：储气库储气量最多以及气井注入产气能力最大；
[0021] 单目标全过程优化子模型的优化目标值包括：天然气最大产量Gmax、最大经济净现值NPVmax、最大储气库储气量Qmax、最大气井工作气量Qpmax。
[0022] 进一步，所述S4中，全过程协同目标函数具体为：
[0023]
[0024] 其中， 为天然气产量所占的比重，G为不同参数组合下天然气产量， 为经济净现值所占的比重，NPV为不同参数组合下经济净现值， 为储气库储气量所占的比重，Q为不同参数组合下储气库的储气量， 为气井工作气量所占的比重，Qp为不同参数组合下气井工作气量。
[0025] 气藏注气提采与协同建库优化系统，包括：
[0026] 数值模拟模型构建模块：用于获取目标气藏的建模数据，构建目标气藏矿场级的数值模拟模型；
[0027] 输入模块：在数值模拟模型中输入气藏注气提采过程与改建储气库过程的转换时机和工程参数；所述转换时机为目标气藏由注气提采过程转入改建储气库过程的地层压力；
[0028] 气藏注气提采的工程参数包括：注气速度、注气量、注入压力以及生产速度；
[0029] 气藏改建储气库过程的工程参数包括：井网信息、注气速度、注气时间、上限压力、运行压力、产气速度、产气时间以及下限压力；
[0030] 单目标全过程优化子模型构建模块：将气藏注气提采过程与改建储气库过程划分为多个子过程，根据各子过程需取得的目标，建立各子过程的单目标全过程优化子模型；所述各子过程需取得的目标包括：气藏注气提采过程中需取得的目标以及气藏改建储气库过程中需取得的目标；
[0031] 单目标全过程优化子模型计算模块：用于采用智能优化算法调用所述数值模拟模型，生成单目标全过程优化子模型的优化目标值；
[0032] 全过程协同目标函数构建模块：根据各子过程的优化目标、对应的权重以及优化目标值，构建全过程协同目标函数；
[0033] 迭代寻优模块：预设迭代寻优次数；所述迭代寻优模块用于通过智能优化算法调用所述的数值模拟模型，得到不同转换时机与工程参数组合下的全过程系统目标函数值，直至迭代寻优完成，得到全过程协同目标函数最大时对应的转换时机与工程参数组合。
[0034] 进一步，所述全过程协同目标函数具体为：
[0035]
[0036] 其中， 为天然气产量所占的比重，G为不同参数组合下天然气产量， 为经济净现值所占的比重，NPV为不同参数组合下经济净现值， 为储气库储气量所占的比重，Q为不同参数组合下储气库的储气量， 为气井工作气量所占的比重，Qp为不同参数组合下气井工作气量。
[0037] 一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于运行所述计算机程序并执行如上述所述的气藏注气提采与协同建库优化方法。
[0038] 一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的气藏注气提采与协同建库优化方法。
[0039] 本发明的原理及优点在于：本发明公开了气藏注气提采与协同建库优化方法、系统、设备及介质，包括：构建目标气藏矿场级数值模拟模型；输入注气提采与改建储气库过程的转换时机与工程参数；根据各子过程需取得的目标，建立单目标全过程优化子模型，采用智能优化算法调用所述数值模拟模型，得到各子模型的优化目标值；综合多个不同类型的优化目标，构建全过程协同目标函数；预先设置迭代寻优次数，采用智能优化算法调用所述的数值模拟模型，得到不同转换时机与工程参数组合下的全过程协同目标函数值；完成迭代寻优，得到全过程协同目标函数最大时对应的转换时机与工程参数组合。本发明实现了气藏开发中多过程多目标的准确优化，为指导气藏开发提供有力支撑，实现气藏开发全过程的开发决策。
附图说明
[0040] 图1为本发明实施例的流程图；
[0041] 图2为本发明实施例的目标气藏矿场级数值模拟模型示意图；
[0042] 图3为本发明实施例的以生产天然气总量最大为目标寻优动态示意图；
[0043] 图4为本发明实施例的以经济净现值最大为目标寻优动态示意图；
[0044] 图5为本发明实施例的以储气库储气量最大为目标寻优动态示意图；
[0045] 图6为本发明实施例的以气井工作气量最大为目标寻优动态示意图；
[0046] 图7为本发明实施例的以全过程协同目标函数最大为目标寻优动态示意图；
[0047] 图8为本发明实施例的功能框图。
具体实施方式
[0048] 下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0049] 实施例基本如附图1所示：气藏注气提采与协同建库优化方法，包括：
[0050] S1：获取目标气藏的建模数据，构建目标气藏矿场级的数值模拟模型；
[0051] 在本实施例中，建模数据包括地质开发资料、生产动态特征以及井网信息，其中，地质开发资料包括气藏埋深、孔隙度场、渗透率场、饱和度场、净毛比场、温度场、压力场、气体组成、地层水特征、岩石特征以及相对渗透率曲线；生产动态特征包括日产气量、日产水量以及井底流压情况；井网信息包括井的数量、井的类型、井位坐标以及各井的工作制度。
[0052] S2：在数值模拟模型中输入气藏注气提采过程与改建储气库过程的转换时机和工程参数；
[0053] 在本实施例中，转换时机为目标气藏由注气提采过程转入改建储气库过程的地层压力；气藏注气提采的工程参数包括：注气速度、注气量、注入压力以及生产速度；气藏改建储气库过程的工程参数包括：井网信息、注气速度、注气时间、上限压力、运行压力、产气速度、产气时间以及下限压力。
[0054] S3：将气藏注气提采过程与改建储气库过程划分为多个子过程，根据各子过程需取得的目标，建立各子过程的单目标全过程优化子模型，并通过智能优化算法调用所述数值模拟模型，生成单目标全过程优化子模型的优化目标值；
[0055] 在本实施例中，S3中根据各子过程需取得的目标包括：气藏注气提采过程中需取得的目标以及气藏改建储气库过程中需取得的目标；气藏注气提采过程中需取得的目标包括：生产天然气总量最大以及经济净现值最大；气藏改建储气库过程中需取得的目标包括：储气库储气量最多以及气井注入产气能力最大；所述单目标全过程优化子模型的优化目标值包括：天然气最大产量Gmax、最大经济净现值NPVmax、最大储气库储气量Qmax、最大气井工作气量Qpmax。
[0056] S4：根据各子过程的优化目标、对应的权重以及优化目标值，构建全过程协同目标函数；其中，全过程协同目标函数具体为：
[0057]
[0058] 其中， 为天然气产量所占的比重，G为不同参数组合下天然气产量， 为经济净现值所占的比重，NPV为不同参数组合下经济净现值， 为储气库储气量所占的比重，Q为不同参数组合下储气库的储气量， 为气井工作气量所占的比重，Qp为不同参数组合下气井工作气量。
[0059] S5：预设迭代寻优次数，通过智能优化算法调用所述的数值模拟模型，得到不同转换时机与工程参数组合下的全过程系统目标函数值，直至迭代寻优完成，得到全过程协同目标函数最大时对应的转换时机与工程参数组合。
[0060] 在本实施例中，所述的智能优化算法，为贝叶斯自适应直接搜索算法，在本实施例的其他实施例中，还可采用其余优化算法。
[0061] 下面结合一个具体的例子来对本发明实施例提供的气藏注气提采与协同建库优化方法进行说明，以某气田实际衰竭开发生产区块为例，开展了具体实际应用。
[0062] 获取实际开发区块的测井曲线数据，通过相控属性建模生成实际开发区块的孔隙度、渗透率、净毛比、有效厚度场；输入实际区块的岩石属性数据、气体组成信息、相对渗透率曲线；获取实际生产井的日产气量、日产水量、井位信息数据，完成目标气藏矿场级数值模拟模型的构建。所述的气体组成信息如表1所示，所述的矿场级的数值模拟模型如图2所示，图2中的带有字母的数字编号表示目标气藏实际的生产井井名。
[0063] 表1气体组成信息表
[0064]
[0065] 子过程1：以生产天然气总量最大为目标，优化气藏注气提采与改建储气库过程中的转换时机与工程参数，得到最优转换时机与工程参数可取得的最大天然气产量Gmax为5.06亿方。生产天然气总量最大寻优过程如图3所示。
[0066] 子过程2：以经济净现值最大为目标，优化气藏注气提采与改建储气库过程中的转换时机与工程参数，得到最优转换时机与工程参数可取得的最大经济净现值NPVmax为4765.84万元。经济净现值最大寻优过程如图4所示。
[0067] 子过程3：以储气库储气量最大为目标，优化气藏注气提采与改建储气库过程中的转换时机与工程参数，得到最优转换时机与工程参数可取得的最大储气库储气量Qmax为4.98亿方。储气库储气量最大寻优过程如图5所示。
[0068] 子过程4：以气井工作气量最大为目标，优化气藏注气提采与改建储气库过程中的转换时机与工程参数，得到最优转换时机与工程参数可取得的最大气井工作气量Qpmax为4.88万方。气井工作气量最大寻优过程如图6所示。
[0069] 基于上述子过程求取的目标值建立全过程协同目标函数如下：
[0070]
[0071] 设置最大迭代寻优次数为200次，以全过程协同目标函数最大为优化目标，完成气藏注气提采与改建储气库过程中的最佳转换时机与工程参数的确定。全过程协同目标函数最大如图7所示。
[0072] 基于上述描述，相对于现有技术，本发明提供的气藏注气提采与协同建库优化方法具有以下优点：
[0073] 1、本发明通过构建全过程协同目标函数，统一了各个目标之间的量纲，提高了多目标优化问题的鲁棒性，使得优化算法求解过程中的收敛性进一步提升，优化结果更为准确。
[0074] 2、本发明在构建气藏注气提采与协同建库优化问题时，考虑了气藏注气提采过程中的提采程度与经济性，同时考虑了储气库建库的安全性以及最大生产能力。不仅实现了多过程的协同，还实现了过程中多目标的协同，为指导气藏开发提供有力支撑。
[0075] 如图8所示，在本实施例的另一实施例中，还包括气藏注气提采与协同建库优化系统，包括：
[0076] 数值模拟模型构建模块：用于获取目标气藏的建模数据，构建目标气藏矿场级的数值模拟模型；
[0077] 输入模块：在数值模拟模型中输入气藏注气提采过程与改建储气库过程的转换时机和工程参数；所述转换时机为目标气藏由注气提采过程转入改建储气库过程的地层压力；
[0078] 所述气藏注气提采的工程参数包括：注气速度、注气量、注入压力以及生产速度；
[0079] 所述气藏改建储气库过程的工程参数包括：井网信息、注气速度、注气时间、上限压力、运行压力、产气速度、产气时间以及下限压力；
[0080] 单目标全过程优化子模型构建模块：将气藏注气提采过程与改建储气库过程划分为多个子过程，根据各子过程需取得的目标，建立各子过程的单目标全过程优化子模型；所述各子过程需取得的目标包括：气藏注气提采过程中需取得的目标以及气藏改建储气库过程中需取得的目标；
[0081] 单目标全过程优化子模型计算模块：用于采用智能优化算法调用所述数值模拟模型，生成单目标全过程优化子模型的优化目标值；
[0082] 全过程协同目标函数构建模块：根据各子过程的优化目标、对应的权重以及优化目标值，构建全过程协同目标函数；全过程协同目标函数具体为：
[0083]
[0084] 其中， 为天然气产量所占的比重，G为不同参数组合下天然气产量， 为经济净现值所占的比重，NPV为不同参数组合下经济净现值， 为储气库储气量所占的比重，Q为不同参数组合下储气库的储气量， 为气井工作气量所占的比重，Qp为不同参数组合下气井工作气量；
[0085] 迭代寻优模块：预设迭代寻优次数；所述迭代寻优模块用于通过智能优化算法调用所述的数值模拟模型，得到不同转换时机与工程参数组合下的全过程系统目标函数值，直至迭代寻优完成，得到全过程协同目标函数最大时对应的转换时机与工程参数组合。
[0086] 在本实施例的另一实施例中，还包括一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于运行所述计算机程序并执行本实施例所述的气藏注气提采与协同建库优化方法。
[0087] 可选地，上述电子设备可以是服务器。
[0088] 在本实施例的另一实施例中，还包括一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本实施例的气藏注气提采与协同建库优化方法。
[0089] 以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
