优化井作业计划相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年1月13日提交的美国临时申请号61/144,307
和2009年12月16日提交的美国临时申请号61/287,019在35U.S.C.
119(e)下的权益，为所有目的将其通过引用以其整体并入本文。
领域
本公开一般地涉及优化井作业计划的系统和方法以及因此设计的
系统。更具体地，本公开涉及通过相对于有效生产能力根据随空间和
时间的动态油藏条件、动态近井条件和动态井条件优化井生产能力来
优化井作业计划。
背景
这部分意欲介绍现有技术的各个方面，其可以与本发明的示例性
实施方式相关。该讨论被认为有助于提供有利于更好地理解本发明具
体方面的框架。因此，应当理解，本部分应当以此角度来阅读，而不
必认为是对现有技术的承认。
为利于烃采收作业的进一步讨论，图1提供井与表面设施的示意
图示，其提供了示例性生产系统100。在示例性生产系统100中，浮式
采油设施102与坐落于海底106上的水下采油树104连接。通过该水
下采油树104，浮式采油设施102进入一个或多个地下地层如地下地层
107，其可以包括多个生产层段或区域108a-108n，其中数字″n″是任意
整数。独特的生产层段108a-108n可以相应于共有油藏包围的独特的油
藏和/或独特的地层类型。生产层段108a-108n相应于具有要被采出或
以其他方式处理的烃(例如油和/或气)的地层的层段或区域(如具有注入
层段以将烃移向近井的流体，在该情况下层段可以被称作注入层段)。
虽然图1图解浮式采油设施102，但应当注意，生产系统100仅为示例
性目的而被阐述，本讨论可以应用于与任何类型的表面设施相连的井，
如可以在陆地和/或水环境中实施。
浮式采油设施102可以被配置为监测地下地层107的生产层段
108a-108n并从其采出烃。浮式采油设施102可以是能够管理从水下井
采出流体如烃的浮式平台。这些流体可以被储存在浮式采油设施102
上和/或提供至油轮(未显示)。为进入生产层段108a-108n，浮式采油设
施102经控制管缆112被连接至水下采油树104和控制阀110。控制管
缆112可以包括将烃从水下采油树104提供至浮式采油设施102的生
产油管、用于水压设备或电子器件的控制管道，和/或用于与井114内
的其它设备通信的控制电缆。
为进入生产层段108a-108n，在井114内不同的深度(或长度，在水
平井或偏离井的情况下)，井114穿入海底106至与生产层段108a-108n
交界的深度。如可以理解的，生产层段108a-108n——其可以被称作生
产层段108——可以包括各种岩石层或层段，岩石层或层段可以包括或
可不包括烃并且可以被称作区。水下采油树104——其在海底106被定
位在井114上——提供井114内设备和浮式采油设施102之间的连接。
因此，水下采油树104可以被连接至生产油管柱128以提供流体流动
路径以及连接至控制电缆(未显示)以提供通信路径，控制电缆可以与控
制管缆112在水下采油树104交界。
在井114内，生产系统100也可以包括不同的设备以提供生产层
段108a-108n的入口。例如，表面套管柱124可以从海底106安装至海
底106下规定深度处的位置。在表面套管柱124内，中间或生产套管
柱126——其可以向下延伸至接近生产层段108a的深度——可以被用
于提供对井114的壁的支撑。表面套管柱124和生产套管柱126可以
被胶结进井114内的固定位置以进一步稳定井114。在表面套管柱124
和生产套管柱126内，生产油管柱128可以被用于提供烃和其它流体
通过井114的流动路径。地下安全阀132可以被用于在地下安全阀132
上方破裂或断开的情况下阻止来自生产油管柱128部分的流体的流动。
此外，封隔器134可以用于在井环内互相隔离具体的区。封隔器134
可以被配置为提供表面和防砂设备138a-138n之间的流体连通路径，同
时防止流体流入一个或多个其它区域，例如井环。
除以上设备以外，其它设备如防砂设备138a-138n可以被用于控制
来自井内的流体的流动。尤其是，防砂设备138a-138n可以被用于控制
流体和/或颗粒流入生产油管柱128。防砂设备138a-138n可以包括割缝
衬管、独立滤砂管(stand-alone screens(SAS))、预制滤砂管、绕丝筛
管、膜式筛网(membrane screens)、可膨胀筛管(expandable screens)和/
或金属丝筛网。防砂设备138a-138n也可以包括流入控制机械装置，如
流入控制设备(例如，阀、导管、喷嘴或任何其它合适的机械装置)，其
可以增加沿流体流动路径的压力降。另外，砾石充填可以与防砂设备
一起使用。防砂设备138a-138n可以包括用于井的任意两个或更多个层
段108a-108n的不同组件或配置，以适应沿井的长度改变的条件。例如，
层段108a-108b可以包括下套管完井和防砂设备138a-138b的特定配
置，而层段108n可以是具有防砂设备138n的不同配置的井的裸眼层
段。
传统地，封隔器或其它流动控制机械装置被放置在相邻的层段108
之间以确保相邻层段被不同地完井，如在一个层段中包括防砂而在邻
近层段中不包括防砂。虽然多个层段井相对常见，并且虽然不同层段
内的完井可以是不同的，但与这些完井的设计相关的计划通常基于相
对有限的地层情形。例如，仅基于层段中岩石类型的观察或附近井中
的经验，设计可以在一个层段中包括防砂设备而在另一层段中不包括
防砂设备。传统完井设计的其它方面由以下讨论将被理解。
虽然烃成为能源已经很多年，但可用于从土地提取烃的技术继续
进步。部分地，技术继续前进的需要来自烃存在的日益具有挑战性的
环境。例如，越来越多的井位于地理学上具有挑战性的区域。如果烃
采收降低到可接受的限度以下，或者如果井存在另一问题(如采出砂或
水)，地理复杂性如北极圈条件下、深水中或其他具有挑战性的地下地
层(沙质松散地层、页岩地层等)中的油藏可增加钻井和处理井的成本和
作业风险。甚至在其它传统的油田和地层中，修井和其它处理的成本
高。除了井不以目标速率进行生产时损失收入以外，修井和其它处理
期间设备和人力的成本可以达到数百万美元。因此，研究者继续尝试
寻找方法以增强井和油藏的效率。
井或油藏的效率的一个量度是生产每数量油所投资的美元。显然，
当通过修井和其它处理成本和风险增加时，效率降低。但是，当产量
和/或总生产量低时，效率也降低。因此，井作业者通常试图构建坚固
的井以推迟修井和处理，并在最低维护成本下回报最大总量的速率下
进行生产。虽然这些目标本身是显而易见的，但由于作业的复杂性，
完成这些目标远非容易。
非常简单地说，烃作业实际上包括两个主要要素：1)油藏，其中储
存有烃；和2)井，通过井将烃采收至表面。井作业者获取处于大自然
提供的条件下的油藏。如本文所用，术语″井作业者″一般地用于指涉及
烃采收的许多人，包括地学科学家、油藏工程师、钻井人员、完井人
员、处理人员、商业管理者和策划者等。比较而言，作业者竭尽全力
修建井并以最大化采收的方式操作井。井是井作业者可以管理、处理、
改进等以控制流体采收至表面的速率的要素。如本文所用，术语″井″
被广义用于指井筒本身(通过钻井作业产生的孔洞)以及井中所安装、放
置或使用的设备。
虽然油藏由其中钻有井的岩石和天然土构成，但可以理解其具有
两个要素部分：近井区域和天然油藏。如熟知的，术语油藏在本文用
于指其中放置或储存有烃或烃前躯体的大地区域。在一些实施方式中，
被钻以连接油藏的井可以与油藏直接交叉。在其它实施方式中，井可
以被安置为接近油藏，并且可以通过各种传统方式可操作地连接至油
藏。不管井和烃的物理位置之间的关系如何，钻井、完井和/或井的存
在常常影响接近井的区域中的地层的性质，使得近井区域以至少一种
方式不同于天然油藏，如本行业技术人员所熟知的。为本公开的目的，
术语近井区域指被井筒中的作业如钻井作业、完井作业、注入作业、
断裂作业、酸化处理等影响的地层的那些部分。
虽然井、近井和油藏之间的关系已被知晓多年，但设计井和井作
业计划——包括完井和生产作业——的传统方法并未解决在井寿命期
间影响井性能的动力学行为。例如，作为地层的最动态部分的近井区
域在用于预测产量和容量的油藏建模期间并未区别于油藏。虽然油藏
模型的复杂性日益增加，但完井细节和近井现象或者被完全忽视或者
给出简单化的处理。例如，大部分油藏模型将井作为提供总油藏系统
的入口或出口的边界条件处理，而非放置在井中的设备和井上进行的
方法的综合结合。当考虑时钻井作业和完井程序如打孔、砾石充填、
水压断裂、酸化处理等仅以通常称作″井壁系数(skin factor)″的数学校正
因子进行考虑。在预测油藏的开采动态时，复杂的完井设备通常被完
全忽略。在许多情况下，油藏工程师用假定的井壁系数确定预测的开
采动态，建立动态预期值。然后预期钻井工程师和地下工程师用少于
假想中使用的系数的井壁系数提供完成的井。在许多实施方式中，评
估的最终完井设计的井壁系数从未被引入用于更精确开采动态预测的
油藏模拟中。
图2代表传统的向井流动动态分析200，其通常用于做出良好的构
建和完井决定。在图2中，流量202沿x轴作图，而井底流动压力204
沿y轴作图。初始向井流动动态曲线206由实线图解说明，而初始管
道性能208或者井性能由点划线图解说明。有效地，传统向井流动动
态分析由预测作为井底压力204的函数的初始产量构成。使用油藏模
型预测初始产量，所述油藏模型适于模拟油藏将流体递送至特定位置
的井的能力。传统地，该井被模拟为单个、均匀、静态压力接收器(sink)，
来自油藏的流体可以流入其中。此外，用于预测初始产量的油藏模型
未考虑钻井和完井形成的近井区域的性质或性能。使用传统的井模拟
工具预测初始管道性能208，用于选择的井设计。两条曲线的交叉点
210确定用于初始生产作业的目标井底流动压力和目标初始产量。可以
产生初始管道性能曲线用于各种井设计，直至初始产量和井底压力的
优选组合被确定。
虽然图2的向井流动动态分析200可以用于确定目标作业条件，
但其未考虑作业者通常在建立井的作业条件之前解决的几个因素。例
如，大多数作业者理解，作业具有一定程度上升潜力的井以天然地驱
动产出的流体至表面是期望的。因此，虽然井和完井适于用从油藏可
得的较高流量和压力进行作业，但是通常进行井作业以使井生产能力
稍低于油藏潜力。井生产能力和油藏潜力的相差程度一般被认为是上
升潜力。可以通过塞住井或通过其它传统方式在作业期间产生或控制
上升潜力。为清晰起见，术语油藏潜力和井生产能力应当被理解为指
油藏将流体驱向井的潜力和井接收或接受这样的流体并携带流体至表
面的潜力，每种潜力可以被度量为流量、压力或其它合适的量度。
此外，许多作业者现在认识到期望多区段或多层段井并且可以沿
井的接触长度改变完井和/或作业条件。因此，向井流动动态分析200
可以对每个层段进行以确定该层段的目标作业条件。
图3表示传统方式的图示，其中在设计井、完井和/或作业条件时
作业者可以考虑油藏潜力和井生产能力。图3的曲线300表示沿x轴
的生产潜力312和沿y轴的油藏接触剖面314。如所示，井在封隔器
318分开的四个层段316中接触油藏。此外，曲线300表示在每个层段
316中的模拟的油藏潜力322和模拟的井生产能力324。如图示中所反
映的，油藏潜力传统地模拟为整个油藏的潜力而不是模拟为具体完井
层段的潜力。而且，如图示所反映的，井生产能力以较精密的尺度被
模拟并且可以在层段之间改变。例如，由于被完成为裸眼(316d)而非带
穿孔的下套管井(316c)，层段316d可以比层段316c具有更高的井生产
能力。此外，一些井模拟工具可以利用全物理学模拟方法以产生更精
密尺度的井生产能力模型，如层段316b中所示。层段316b的模拟的
井生产能力324可以由各种完井工具和/或各种钻井环境产生。如上所
述，井生产能力324可以被有意地建成或控制为一定程度上低于油藏
潜力322以提供上升潜力。
虽然这样的计划和设计方法在过去已经相对较好地起作用，但它
们关注的是制作初始完井设计和保持产量和容量在钻井之前建立的水
平。例如，虽然一些生产问题本身可以在第一个井中在给定时间呈现
出来，但基于第一个井的经验设计的第二个井在其寿命内达到该给定
时间之前，由于连续的生产作业和造成的消耗，油藏已经发生剧烈改
变。
迄今，许多讨论集中在设计井和完井上以最大化初始生产。虽然
油藏潜力和井生产能力之间的平衡对于新井的构建和完井是重要的，
但是，对于已经遭到减产的井，考虑修井建议也是重要的。例如，可
以考虑在修井期间可安装的不同修井程序和/或不同完井设备的相对影
响。虽然这些影响现在被考虑，但是该考虑限于相同类型的上述分析
——考虑油藏的平均向井流动动态等级和平均管道性能等级。简言之，
传统方法未充分地考虑：1)可用完井技术的范围；2)沿井的长度定制完
井的能力；和3)当油藏被开采时井和近井区域中发生的改变。
井作业者，尤其是完井工程师，一直受到挑战，以在尽可能最高
的速率下制造井并从油藏提取可能的最大总烃。当在高流速下制造给
定的井可能对井和/或油藏存在风险时，这些目标常常起冲突。例如，
油藏可以具有高油藏潜力，其可以被认为将流体移向井的潜力或驱动
力。将完井设计成最小化井壁系数以便允许最大流量进入井可以导致
自这种油藏的高初始产量。但是，具有低井壁系数、放置在较不坚固
的地层中的相同的完井可以导致井中出砂。这样的井在由于过量出砂
而减产之前将在短时期内具有高的产量。当井被设计为仅最大化初始
烃产量时，出砂是可能面临的众多挑战或障碍中的一个。
本行业已认识到最大化总生产的这些风险和挑战。各种工具和设
备已被研发以提供复合完井(complex completion)，以努力控制流体
流动，最大化生产同时保持最小化修井。如以上介绍，具有多个隔离
层段的井是常见的。此外，合适的完井的各种实例已被提议，包括从
表面可控的完井设备和井中条件改变下自我调节的完井设备。
现代油田和油藏的日益增加的复杂性以及现代井和井技术的日益
增加的复杂性已经使得传统的井生产计划工具不足以优化现代作业。
虽然各种完井设备配置和方法的任意一种都可以施加在给定井中以获
得或追求优化的产量，但确定使用何种类型、如何配置设备和应当放
置在井中何处以最大化成本收益的挑战仍然存在。此外，因为完井和/
或修井决定和作业对地层的影响在传统方法的油藏模型中没有反映，
因此不可能确定通过持续改进完井还可实现以流速或总量计的多少生
产。
前述讨论的本领域需要意图是代表性的而非穷尽的。致力于一个
或多个这类需要的技术，或者本领域中一些其它相关的缺陷，将很好
地受益于井计划和油藏开发计划，例如，更有效地和更有利地提供构
建、完井、作业和/或处理井和/或开发油藏的决定或规划。
概述
本公开提供用于烃井决策的方法。所述方法包括：使用油藏模型
表征油藏随空间和时间的油藏潜力；使用进入所述油藏的模拟井的近
井模型表征邻近于被钻以进入油藏的井的地层的近井能力；至少部分
地基于表征的油藏潜力和表征的近井能力表征有效生产能力；使用进
入所述油藏的模拟井的井模型相对于表征的有效生产能力确定随空间
和时间的优化的井生产能力；和确定至少一个井作业计划要素，其可
被引入井作业计划中以在进入所述油藏的井中提供所述优化的井生产
能力。
此外，本公开提供与烃采收相关的系统。所述系统包括可操作地
连接至地下油藏的井。所述井包括至少部分地基于计算机模拟而选择
的至少一个要素，所述计算机模拟适于：1)使用油藏模型表征油藏随空
间和时间的油藏潜力；2)使用进入所述油藏的模拟井的近井模型表征邻
近于所述井的地层的近井能力；3)至少部分地基于近井能力和油藏潜力
表征有效生产能力；4)使用进入所述油藏的模拟井的井模型相对于表征
的有效生产能力确定随空间和时间的优化的井生产能力；和5)确定至
少一个要素，其可被引入井作业计划中以在所述井中提供所述优化的
井生产能力。
此外，本公开提供优化烃井决策的系统。示例性的系统包括：处
理器；存储介质；和计算机应用程序，其可通过处理器访问并储存在
所述存储介质和所述处理器的至少一个上。所述计算机应用程序适于：
1)使用油藏模型表征油藏随空间和时间的油藏潜力；2)使用进入所述油
藏的模拟井的近井模型表征邻近于所述井的地层的近井能力；3)至少部
分地基于近井能力和油藏潜力表征有效生产能力；4)使用进入所述油藏
的模拟井的井模型相对于表征的有效生产能力确定随空间和时间的优
化的井生产能力；和5)确定至少一个要素，其可被引入井作业计划中
以在所述井中提供所述优化的井生产能力。
前述相当广义地概述了本发明的特征和技术优势，以便随后的本
发明详述可以更好地被理解。本发明的其它特征和优势将在下文中被
描述，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，
所公开的概念和具体实施方式可以被容易地用作改进或设计其它结构
以实施本发明的相同目的的基础。本领域技术人员还应当理解，这样
的等同结构不偏离如所附权利要求书所述的本发明的精神和范围。当
结合附图考虑时，从以下描述，被认为是本发明特点的新特征——作
为其组织和操作方法以及进一步的目的和优势——将更好地被理解。
但是，应当清楚地理解，附图的每一个仅为示例和说明的目的而被提
供，并非意欲作为本发明范围的限定。
附图简述
虽然本公开可进行各种改进和可选形式，其具体示例性实施方式
已在附图中显示并在本文中详细描述。但是，应当理解，本文的具体
示例性实施方式的描述并非意欲限制本公开为本文公开的特定形式。
本公开覆盖所附权利要求所限定的所有改进和等同物。还应当理解，
附图没有必要按比例，而是重点在清楚地图解说明本发明的示例性实
施方式的原理。而且，一些尺寸可以被夸大以有助于在视觉上传达这
样的原理。此外，认为适当的地方，附图标记可以在附图中重复以指
示相应的或相似的元件。而且，在附图中描绘为独立的或分离的两个
或更多个方块或元件可以结合成单个功能性方块或元件。类似地，附
图中所示的单个方块或元件可以作为多个步骤实施或通过多个元件合
作实施。
图1提供烃生产系统的示意图；
图2图解说明传统的生产计划曲线；
图3提供油藏潜力和井生产能力的图示；
图4提供本发明范围内的方法的流程图；
图5提供可以由本发明的方法确定的油藏潜力、井生产能力和有
效生产能力的图示；
图6A-6C提供在不同的时间和随时间的产量历史下层段的有效生
产能力和井生产能力的图示；
图7提供本发明范围内的系统的示意图；
图8提供本发明范围内方法的流程图；
图9A-9D提供在不同的时间和随时间的产量历史下层段的有效生
产能力和井生产能力的图示；
图10A-10D提供在不同的时间和随时间的产量历史下层段的有效
生产能力和井生产能力的图示；和
图11A-11C提供在不同的时间和随时间的产量历史下层段的有效
生产能力和井生产能力的图示。
详述
术语和术语学
本文使用的单词和短语应当被理解和解释为具有与相关领域技术
人员理解的那些单词和短语一致的意思。本文中术语和短语的一贯用
法并非意图暗示为该术语或短语的特别限定——即不同于本领域技术
人员所理解的普通和惯用意思的限定。就术语或短语意图具有特定意
义即不同于技术人员理解的最广义的意义而言，这种特定的或阐明性
定义将在说明书中以提供该术语或短语的特定或阐明性定义的限定方
式清楚地表述。
例如，以下讨论包含在本公开中使用的几个具体术语的定义的非
穷尽性列表(其它术语可以在本文其它地方以限定方式给出定义或阐
明)。这些定义意图阐明本文使用的术语的意义。可以相信，术语以与
其普通意义一致的方式被使用，但是，为清楚起见，定义仍然在此被
详细说明。
一个(A/an)：如本文所用，不定冠词″一个(a)″和″一个(an)″，当应
用于说明书和权利要求书中所述的本发明实施方式和实践中的任何特
征时意指一个或多个。使用″一个(a)″和″一个(an)″并不限制为单个特征
的意思，除非这样的限制被具体陈述。术语″一个(a)″或″一个(an)″实体
指一个或多个该实体。如此，术语″一个(a)″(或一个″an″)、″一个或多
个″以及″至少一个″可以在本文中互换使用。
大约：如本文所用，″大约″指确定的特定属性的基于实验误差典型
偏离的程度。术语″大约″提供的范围取决于具体的上下文和特定的属
性，并且可以由本领域技术人员容易地确定。术语″大约″并非意图扩大
或限定可以另外具有特定值的等同物的程度。此外，除非另外陈述，
术语″大约″应当清楚地包括″准确地″，这与关于范围和数字数据的以下
讨论一致。
上/下：在本发明的代表性实施方式的以下描述中，参考附图时，
为了方便，方向性术语如″上″、″下″、″上部″、″下部″等被使用。一般
而言，″上″、″上部″、″向上″和类似术语指沿着井筒朝向地球表面的方
向，″下″、″下部″、″响下″和类似术语指沿着井筒远离地球表面的方向。
继续举例井筒中相对方向，″上部″和″下部″也可以指沿井筒的纵向尺度
而非相对于表面的相对位置，，如在描述垂直和水平井时。
和/或：放置在第一实体和第二实体之间的术语″和/或″意指以下之
一：(1)第一实体；(2)第二实体；和(3)第一实体和第二实体。与″和/或″
一起列出的多个要素应当以相同的方式解释，即，″一个或多个″所述要
素如此结合。无论与具体指定的那些要素是否相关，其它要素可以任
选地不同于″和/或″句式具体确定的要素存在。因此，作为非限制性实
例，当与开放式语言如“包括”结合使用时，提及″A和/或B″，在一
个实施方式中，可以指仅A(任选地包括不同于B的要素)；在另一实
施方式中，指仅B(任选地包括不同于A的要素)；在又一实施方式中，
指A和B(任选地包括其它要素)。如本说明书和权利要求书中所用，″
或″应当被理解为具有与以上限定的″和/或″相同的意思。例如，当在罗
列中分开项目时，″或″或者″和/或″应当被解释为包含性的，即，包括
许多要素或要素罗列的至少一个，但也包括多于一个，并且任选地，
包括其它未罗列的项目。仅当术语清晰地作出相反指示，如″仅其中一
个″或″仅一个″或者当在权利要求书中使用时，″由…构成″指准确地包
括许多要素或要素罗列的一个要素。一般而言，当之前有排他性术语
如″任一个(either)″、″一个(one of)″、″仅一个(only one of)″或″精确一个
(exactly one of)″时，本文所用术语″或″应仅被解释为是指排他的可选项
(即一个或另一个而非两个)。
任何：形容词″任何″意指一个、一些或所有不加选择的无论什么量。
至少：如本文在说明书和权利要求书中所用，在提及一个或多个
要素的罗列时，短语″至少一个″应当被理解为指选自要素罗列中任意一
个或多个要素的至少一个要素，但不必包括要素罗列中具体列出的每
一和每个要素的至少一个，并且不排除要素罗列中要素的任意组合。
该定义还允许，除了短语“至少一个”所指的要素罗列中具体指出的
要素以外的要素可以任选地存在，无论与具体指出的那些要素相关与
否。因此，作为非限制性实例，″A和B的至少一个″(或者等同地，″A
或B的至少一个″，或者等同地，″A和/或B的至少一个″)，在一个实
施方式中，可以指至少一个、任选地包括多于一个A而没有B存在(并
且任选地包括不同于B的要素)；在另一实施方式中，指至少一个、任
选地包括多一个B而没有A存在(并且任选地包括不同于A的要素)；
在又一实施方式中，指至少一个、任选地包括多于一个A以及至少一
个、任选地包括多于一个B(并且任选地包括其它要素)。短语″至少一
个″、″一个或多个″以及″和/或″是开放式表述，其在运用中既是连接性
的又是非连接性的。例如，每个表述″A、B和C的至少一个″、″A、B
或C的至少一个″、″A、B和C的一个或多个″、″A、B或C的一个或
多个″以及″A、B和/或C″意指单独A、单独B、单独C、A和B一起、
A和C一起、B和C一起或A、B和C一起。
基于：″基于″并不意味着″仅基于″，除非清楚地另外指明。换言之，
短语“基于”描述“仅基于”、“至少基于”和“至少部分地基于”。
包括：在权利要求书以及说明书中，所有过渡性短语如″包括
(comprising)″、″包括(including)″、″带有(carrying)″、″具有(having)″、″
包含(containing)″、″包含(involving)″、″持有(holding)″、″由…构成
(composed of)″等都被理解为开放式的，即，意指包括但不限于。仅过
渡性短语″由…组成(consisting of)″和“基本上由…组成”应当分别是封
闭或半封闭性过渡性短语，如美国专利局专利审查程序手册(United
States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures)2111.03章节
所阐述。
连接(Couple)：任何形式的术语″连接(connect)″、″接合(engage)″、
″连接(couple)″、″附连(attach)″或描述元件之间的相互作用的任何其它
术语的任何使用并非意味着将元件之间的相互作用限制为直接相互作
用，并且也可以包括所描述的元件之间的间接相互作用。
确定(Determining)：″确定(Determining)″囊括宽范围的行为，因此″
确定(Determining)″可以包括计算(calculating)、计算(computing)、处理
(processing)、导出(deriving)、研究(investigating)、查寻(looking up)(例
如在表、数据库或另一数据结构中查寻)、确定(ascertaining)等等。同样，
″确定(Determining)″可以包括接收(receiving)(例如，接收(receiving)信
息)、访问(accessing)(例如访问存储器中的数据)等。同样，″确定
(Determining)″可以包括解决(求解，resolving)、选择(selecting)、选取
(choosing)、建立(establishing)等。
实施方式：贯穿说明书提及″一个实施方式(one embodiment)″、″
一个实施方式(an embodiment)″、″一些实施方式(some embodiments)″、
″一方面(one aspect)″、″一方面(an aspect)″、″一些方面(some aspects)″、
″一些执行方式(some implementations)″、″一个执行方式(one
implementation)″、″一个执行方式(an implementation)″或类似的句子意
指结合实施方式(embodiment)、方面或执行方式(implementation)描述的
特定组分、特征、结构、方法或特性被包括在所要求保护主题的至少
一个实施方式(embodiment)和/或执行方式(implementation)中。因此，
贯穿说明书各处出现的短语″在一个实施方式中(in one embodiment)″或
″在一个实施方式中(in an embodiment)″或″在一个实施方式中(in some
embodiments)″(或″方面″或″执行方式(implementations)″)不是必须都指
同一实施方式(embodiment)和/或执行方式(implementation)。此外，特
定特征、结构、方法或特性可以以任何方式结合在一个或多个实施方
式(embodiments)或执行方式(implementations)中。
示例性：″示例性″在本文专用于指″用作实例、例子或图示″。作为
″示例性″在本文描述的任何实施方式都不必被解释为比其它实施方式
更优选或有利。
流程图：参考流程图(flow diagrams)或流程图(flow charts)，示例性
方法可以被更好地理解。虽然，为使解释简明起见，所述的方法以一
系列方块被显示和描述，但可以理解，方法不限于方块的顺序，因为
在不同的实施方式中，一些方块可以以不同的顺序发生和/或与所显示
和描述的其它方块同时发生。而且，可以要求非所有所示方块实施示
例性的方法。在一些实例中，方块可以被结合、可以被分成多个要素、
可以使用其它方块等等。在一些实例中，方块可以用逻辑实施。在其
它实例中，处理方块可以表示功能等效电路(例如，模拟电路、数字信
号处理器电路、应用型专用集成电路(an application specific integrated
circuit(ASIC)))或其它逻辑设备实施的功能和/或作用。方块可以表示可
执行指令，其使计算机、处理器和/或逻辑设备响应、运行动作(一个
或多个)、改变状态和/或作出决定。虽然附图图解连续进行的各个动
作，但应当理解，在一些实例中，各动作可以同时、基本并行地和/或
在基本不同的时间点发生。在一些实例中，方法可以作为处理器可执
行指令执行。因此，机器可读介质可以储存处理器可执行指令，其如
果由机器(例如处理器)执行，引起机器执行方法。
全物理学(full-physics)：如本文所用，术语″全物理学″、″全物理学
计算机模拟″或者″全物理学模拟″指基于影响模拟系统的有关响应的基
本原理的数学算法。
可以：注意，贯穿本申请在许可的意义(即，具有可能性、能够)
上而非命令的意义(即，必须)上使用词语″可以″。
可操作地连接(Operatively connected)和/或连接(coupled)：可操作地
连接(Operatively connected)和/或连接(coupled)意指直接或间接连接以
传输或传导信息、力、能量或物质。
优化(Optimizing)：如本文所用，术语″最佳(optimal)″、″优化
(optimizing)″、″优化(optimize)″、″最优性(optimality)″、″优化
(optimization)″(以及这些术语和语言相关的单词和短语的衍生词和其
它形式)，并非意图限制在要求本发明发现最佳解决方案(解)以做出
最佳决定的含义上。尽管数学上优化的方案可以事实上达到所有数学
上可能的最佳状态，但是，优化路线、方法、模型和过程的真实实施
方式可以朝着这样的目标工作而事实上永远达不到完美。因此，具有
本公开益处的本领域普通技术人员将理解，在本发明范围的上下文中
的这些术语是更普通的。术语可以描述以下的一个或多个：1)朝着这样
的方案工作，该方案可以是最佳可行方案、优选的方案或在限制范围
内赋予具体益处的方案；2)不断改善；3)求精；4)寻求目标的高点或最
大值；5)处理以减少补偿函数；6)根据在最大化、最小化或以其他方式
控制一个或多个其它因素时的竞争和/或合作利害关系，寻求最大化一
个或多个因素，等等。
步骤顺序：还应当理解，除非清楚地相反指示，在包括多于一个
步骤或行为的、本文要求保护的任何方法中，方法的步骤或行为的顺
序不必限于描述方法的步骤或行为的顺序。
优选的：″优选的″和″优选地″指在某些情况下提供一些益处的本发
明实施方式。但是，在相同的或其它情况下，其它实施方式也可以是
优选的。此外，一个或多个优选的实施方式的叙述并不暗示其它实施
方式不可用，并且不意图从本发明范围排除其它实施方式。
范围：浓度、尺寸、数量和其它数字数据可以以范围形式出现在
本文中。可以理解，这样的范围形式仅为方便和简明起见而使用，并
且应当被灵活地解释为不仅包括作为范围的界限清楚地叙述的数值，
还包括该范围内囊括的所有个体数值或子范围，如同每个数值和子范
围被明确地叙述一样。例如，大约1至大约200的范围应当被解释为
不仅包括明确叙述的界限1和大约200，还包括个体尺寸如2、3、4
等和子范围如10至50、20至100等。类似地，应当理解，当数值范
围被提供时，这样的范围被解释为为仅叙述范围下限值的权利要求限
制以及仅叙述范围上限值的权利要求限制提供文字上的支持。例如，
公开的数值范围10至100为叙述“大于10(没有上限)”的权利要求和
叙述“小于100(没有下限)”的权利要求提供文字上的支持。
说明
现在参考示例性实施方式和执行方式。本文描述的本发明特征以
及本文描述的本发明原理的其它应用的改变和进一步改进——如拥有
本公开的相关领域技术人员将想到的——将被考虑在本发明的范围
内。此外，在公开和描述本发明的具体实施方式之前，应当理解，本
发明不限于本文公开的具体方法和材料，因此可以在一定程度上改变。
而且，在结合具体实施方式描述具体方面或特征的情况下，可发现这
样的方面和特征和/或这样的方面和特征如果合适可与本发明的其它实
施方式一起实施。本文可以使用具体语言描述示例性实施方式和执行
方式。但是，可以理解，对一个或多个实施方式或执行方式来说可以
是特定的这类描述意图仅是示例性的，并且是出于描述一个或多个示
例性实施方式的目的。因此，没有因而意图限制本发明的范围，因为
本发明的范围将仅由所附权利要求书及其等同物限定。
为清晰起见，在本公开中未描述实际实施方式的所有特征。例如，
一些熟知的特征、原理或概念没有被详细描述以避免混淆本发明。应
当理解，在任何实际实施方式或执行方式的研发中，众多实施方式特
定的决定可以作出以达到研发者的具体目标，如顺从系统相关和商业
相关的约束，该约束对不同的实施方式来说是不同的。例如，用于执
行本发明方法的合适计算系统的具体细节在不同的实施方式中可以变
化。而且，应当理解，这样的研发努力可能是复杂的和费时的，但对
于拥有本公开益处的本领域普通技术人员来说却是常规工作。
图4提供本公开范围内的代表性方法的示意性流程图。根据惯例，
实线框里表示的步骤是原理实施方式中描述的步骤。虚线框里表示的
那些步骤或特征代表任选的额外的或补充的步骤和/或任选的细节、特
征或子步骤。如图4所示，本公开提供作出与烃井相关的决策的方法，
所述决策方法400包括五个主要步骤：1)表征油藏潜力410；2)表征近
井能力412；3)表征有效生产能力414；4)确定优化的井生产能力416；
和5)确定井作业计划要素418。所述方法将在以下被更加详细地进一步
描述。
表征油藏的油藏潜力410的步骤可以使用油藏模型表征随空间和
时间的油藏潜力来进行。如上所示，油藏潜力可以被认为是将流体从
地层(即油藏)移向井的驱动力并代表地层传输流体的天然能力。因此，
油藏潜力可以根据地层的性质随空间改变，并且可以随油藏消耗而随
时间改变。一些实施方式可以利用一个或多个模型，其中所述油藏与
井结合模拟，所述井被模拟为简单的入口/出口，而不管井构建和作业
的复杂性、井壁系数、可能由实际井的钻井和/或完井引起的地层中的
改变、以及可能限制井的实际产量和/或驱动地层流体的接收能力的其
它因素。因此，如上所述，油藏潜力可以被认为是油藏工程师使用传
统的模拟工具模拟的传统油藏潜力。
如所指出的，一个或多个油藏模型可以被用于确定油藏潜力，该
模型可以被单独使用或与本行业常用的其它模型结合使用。取决于用
于表征油藏潜力的模型，可以以压力单位、流量单位、渗透率单位和/
或以上的一些组合来测量油藏潜力。复杂性不同的各种模型可以被用
作油藏模型。例如，复杂油藏模型如商业可得的油藏模拟器和/或专有
油藏模拟器，可以被用于表征随空间和时间的油藏潜力。另外或可选
地，较简单的模型可以提供油藏潜力随空间和时间的充分表征。因此，
范围从全物理油藏模型至全油田油藏模拟器、至工程方案如参数模型、
简化材料平衡模型和经验近似的模型可以用于表征油藏潜力410。所选
择的油藏模型的复杂性可以影响本方法的计算强度和本方法结果的可
靠性。在本方法的一些方面，复杂油藏模型可以以算法实施，以提供
可靠和精确的结果，同时最小化计算强度。
回到图4，本决策方法在412包括表征近井能力。表征近井能力的
步骤认识到，邻近井的区域中的地层表现为明显不同于天然油藏或井
本身并具有明显不同于天然油藏或井本身的性能。作为简化的实例，
邻近井的松散加固的地层表现为不同于远离井的松散加固的地层。邻
近井的松散加固地层可以导致出砂至井中，而远离井的松散加固地层
可以对生产作业具有非常小的流动影响。类似地，延伸进入近井区域
中的断裂将使得接近断裂的地层表现明显不同于油藏的天然地层。本
领域普通技术人员可以容易地识别出可使近井区域不同于油藏的多种
因素。
虽然容易理解影响近井区域的各种因素，但通常近井区域并不孤
立地模拟。虽然可以以任何合适方式模拟近井区域，但本方法的近井
模型适于在412表征近井能力。近井能力表示近井区域使流体流动通
过其中而不触发或引发负面生产事故如出砂、压实、出水等的能力。
由于影响近井区域的各种因素和可以引发负面生产事故的多种方式，
用于在412表征近井能力的近井模型可以至少部分地基于进入油藏的
模拟井的全物理学模拟。另外或可选地，可以使用其它模拟技术，如
工程近似、数值模拟等。在任何情况下，近井模型以更精细的尺度表
征近井区域，并且更能够考虑近井地层中和钻井、完井、作业和处理
操作中空间和时间的差异。因此，近井模型能够表征近井能力。
图4进一步图解说明本方法包括在414部分地基于近井能力和油
藏潜力表征有效生产能力。近井能力和油藏潜力可以以各种方式相关
联以利于表征有效生产能力。例如，油藏模型可以提供时间和/或空间
依赖性输入到近井模型。另外或可选地，近井模型和油藏模型可以数
学地关联，以使油藏模型输出的变化引起近井模型的再迭代以更新表
征的近井能力。仍然另外地或可选地，近井模型可以适于产生一定程
度的偏离，该偏离叠加在表征的油藏潜力上。例如，近井模型可以适
于指示近井能力低于油藏潜力10％，这然后可以与油藏潜力结合以确
定有效生产能力。图5图解说明至少部分基于近井能力和油藏能力表
征有效生产能力的结果。即，在近井能力被考虑后，图5用虚线图解
说明表征的油藏潜力522(如图3)，用实线图解说明得到的表征的有效
生产能力530。图5的剩余要素结合图3描述，用类似的参考数字表示
前述要素。
如图5所见，有效生产能力530可以与油藏潜力偏离不同的程度。
图5的代表性有效生产能力530仅是示例性的，因为具体变化程度将
明显地随井与井、层段与层段而不同。但是，图5的示例性图示着重
于本发明的方面：有效生产能力530可以比油藏潜力对总的生产量和
产率具有更大的影响。这在层段516b中可以最清楚地观察到，其中有
效生产能力明显地低于油藏潜力。由前述讨论可以理解，有效生产能
力可以在该层段出于各种原因低于油藏潜力。例如，可以是地层松散
加固和在与油藏潜力相应的速率下生产可能造成出砂。可以限制期望
的产率的许多其它近井区域因素可以类似地使得有效生产能力低于油
藏潜力。考虑所述的有效生产能力530和井生产能力524，可以看出，
井生产能力和有效生产能力在层段516b中交叉或几乎交叉。将图示解
释为井下所发生的事情，层段516b中所示环境导致井在与预期发生负
面生产事故的速率相等(或几乎相等)的速率下接收流体。因为油藏由于
较高的油藏潜力522而能够在该速率下生产，流体将在井生产能力524
允许的速率下进行生产。在传统作业中，在作业者被警告需要阻塞井
或者以其他方式处理井以减小层段516b中的井生产能力之前，在层段
516b中将发生出砂或另一负面生产事故。
用本公开的技术，尤其是独特地表征近井能力和有效生产能力的
能力，作业者能够相对于表征的有效生产能力确定随空间和时间的优
化的井生产能力，如图4中框416中所示。继续图5的代表性实例，
确定的层516b中优化的井生产能力可以稍低于所示，以避免或至少减
少负面生产事件的风险。如本文所进一步讨论的，可以以各种方式减
少层段516b中的井生产能力，如阻塞整个井、处理层段、在完井期间
引入可控的完井设备、在完井期间引入适合的完井设备等。
优化的井生产能力可以使用井模型来确定，以考虑对各种钻井、
完井和/或生产作业的井生产能力的影响。可以构建各种配置的井模型
以模拟生产作业期间井的行为，其复杂性可以取决于井的性质。在一
些实施方式中，井模型可以选自任何商业可得的井模型。另外或可选
地，井模型可以包括复杂性不同的工程模型、复杂性不同的数值模拟、
近似法等。例如，作业者可以选择考虑将影响给定井的井生产能力的
相关因素的范围。示例性的因素包括但不限于：井的深度和方向、完
井构造(下套管井或裸眼)、打孔策略(下套管时)、防砂设备的存在、流
入控制设备等。
虽然这些因素的任何一个或多个可以被合适的井模型考虑，但本
方法的一些实施方式可以至少部分地基于对进入油藏的模拟井的全物
理学模拟来利用井模型。通过利用模拟井的全物理学模拟，影响模拟
井的井生产能力的过程基于第一原理模拟。模拟井的全物理模拟是能
够在多种计算环境中实施的新兴技术。构成全物理学模型的数学模型
可以根据给定井的细节和/或进行模拟的给定作业者的偏爱和/或判断
而在不同的实施方式中有所变化。全物理学模型通常包括两个或更多
个真实世界条件的数学模型之间的数学关系。恰如选择特定的数学模
型可以在不同的实施方式中有所改变一样，这些模型之间的数学关系
可以根据正被模拟井的条件和/或进行模拟的作业者的偏爱和/或判断
而变化。因此，在确定进入油藏的模拟井的井生产能力时，可以使用
各种全物理学模型。
虽然进入油藏的模拟井的井生产能力可以使用合适的井模型和/或
合适的全物理学井模型随空间和时间进行模拟，但相对于有效生产能
力确定优化的井生产能力使得模拟的井生产能力能够用于制定与井作
业相关的决策。图6A-6C一起用至少一个方式实例帮助图解说明井生
产能力和有效生产能力之间的关系，在所述至少一个方式实例中相对
于有效生产能力确定优化的井生产能力可以用于确定井作业计划的至
少一个方面。图6A-6C每个表示模拟的生产作业的双窗格视图600。
每个图的左窗格602表示沿x轴以流量单位(其也可以以压力单位或其
它合适的单位)的生产潜力612的模拟和沿y轴的井中纵向位置或接触
位置614，图解说明模拟的有效生产能力616和模拟的井生产能力618，
用于相对于有效生产能力考虑井生产能力。右窗格604表示沿y轴的
来自模拟井的流量622和沿x轴的时间进程624的图示。因此，图6A-6C
的每个都图解说明有效生产能力616和井生产能力618作为给定时间
的井中纵向位置以及直至该给定时间的井的流量历史626的函数。如
上所述，井生产能力和有效生产能力可以用任何合适的单位度量，如
流量、压力等；图6A-6C图解说明一种实施方式，其中井生产能力和
有效生产能力以最大流量或产能系数(flow capacity)度量。
可以用类似于图6A-6C的视图的多个视图将本方法的实施方式配
置给本作业者。例如，决策点可以从模拟确定并呈现给作业者考虑。
另外或可选地，窗格随时间变化的动态视图可以被呈现用于考虑。仍
然另外地或可选地，呈现在图6A-6C的视图中的数据可以以其它合适
的方式使用以在决策过程中帮助作业者。例如，可以根据作业者寻求
的问题和/或决定以多种其它方式呈现数据。另外或可选地，数据可以
被储存以备作业者、模型等以后使用和分析。虽然可以以任何合适的
方式(例如，绘图、数字、计算等)相对于有效生产能力考虑模拟的井生
产能力，但在此进行图6A-6C的视觉比较以利于理解本方法。
图6A(以及图6B和6C)在左窗格602中图解说明模拟井的纵剖面
632，其已被完井以提供多个以水平虚线表示的生产层段634。井生产
能力曲线618和有效生产能力曲线被分解成相应于生产层段的片段。
可以看出，井生产能力618和有效生产能力616被图解为允许在所示
时间变动(flow)，并且右窗格604中的流量626图解说明井以第一产量
642进行生产。
图6B图解说明井生产能力618在图6A的时间和图6B的较靠后
时间之间保持相对未改变。图6B进一步图解说明有效生产能力616在
该时间间隔从原始的有效生产能力616′(以虚线显示)减小至当前的有
效生产能力616。因为井生产能力618未改变且有效生产能力保持高于
井生产能力，流量626保持未改变，如图6B的右页604可见。图6B
的图示代表仅用于讨论目的的假定情形。实际的模拟可以包括井生产
能力随时间的变化并且可以不显示有效生产能力随井长度的这样的均
匀减小。可以很好地理解，取决于各种因素，如油藏的条件和附近井
中是否进行相关的注入操作，油藏的潜力可以保持较长时间未改变。
因此，所示的图6A和6B之间的时段变化仅是示例性的并且可以发生
在数天、数月或数年。
如图6B所示，模拟井在区域638中处于有效生产能力616几乎与
井生产能力618重叠的条件下。如上所述，有效生产能力和井生产能
力的交叉指示负面生产时间可能发生的条件。由于一个或多个破坏机
理如出砂、压实导致的渗透性损失、管道损失等，在这些条件下持续
的井作业将导致损害区634b的生产。因此，图6C图解说明在图6B
的时间和图6C的时间之间，井被阻塞以减小产量及相应的破坏倾向。
在由图6A-6C表示的模拟中，通过在表面阻塞井来减小井生产能力
618，导致井生产能力均匀减小。图6C进一步说明了在由图6C所代表
的时间，井生产能力在几个层段被尽可能地减小(即没有明显的流动)，
这在窗格606中生产流量626的减小得到反映。面对图6A-6C的模式
(即持续地减小产量)之后的井的作业者面临是否关闭井的生产以修
井或进行其它处理操作的问题。
可以回顾，图6A-6C在相对于表征的有效生产能力确定优化的井
生产能力的上下文中被讨论，其是图4的步骤416。图6A-6C提供可
确定优化的井生产能力的方式的一个例子。例如，看过图6A-6C的作
业者可以很快地确定，改变层段634b中井生产能力的井操作将延迟阻
塞井的需要(在上述的模拟井情况下)。例如，仅在层段434b中减小
井生产能力(即在其它区段不改变生产能力)的完井或处理将延迟阻
塞井的需要，因而确保产量保持较高。当本发明的方法在钻井前被应
用时，确定的优化井生产能力可影响钻井、完井和/或生产操作。例如，
选择用于特定层段的完井设备可以被调节以使其可控和/或可响应，以
保持井生产能力在期望范围内。另外或可选地，本方法可在处理或修
井决定之前使用以确定处理/修井后井的优化井生产能力。仍然另外地
或可选地，本系统和方法可用于预期或预测负面生产事故的发生并以
某种方式操作井以避免此事故。例如，图6A-6C的模拟将使作业者能
够在开始出砂前(或其它负面生产事故)阻塞井，潜在地避免或战略
性地延迟修井或其它更耗资或复杂处理的需要。
图6A-6C的图示是简化的，因为它考虑随时间均匀改变的相对静
态的井生产能力和相对静态的有效生产能力。在井和/或近井区域的物
理提供随时间和/或空间的更加动态的井生产能力和/或有效生产能力
的实施中，确定的优化井生产能力可构成作为空间和/或时间的函数的
优化井生产能力。
图6A-6C图解说明通过图形观察和作业者判断来确定更优化的井
生产能力的方法(如，减少整个井的井生产能力)。该确定允许作业
者延迟负面生产事故在修井或处理操作可以更加经济地执行之前不开
始，负面生产事故的开始可能比减小生产量更耗资。例如，图6A-6C
进一步建议作业者可通过在层段634b选择性减小井生产能力来提高产
量，这可通过修井操作或其它处理操作完成。因此，本方法——例如
可得到如图6A-6C的图形表示——可以允许作业者规划在区域中的作
业，以对具体井规划在战略性重要时间的修井或其它处理操作，避免
负面生产事故。类似地，本方法可允许作业者在完井设计阶段期间了
解特定的完井工具应该被安装在特定的层段。例如，可控或可调节的
完井设备可被使用在战略性重要的层段，如图6中层段634b。在任何
情况下，本公开的方法允许作业者更好地理解有效生产能力和井生产
能力之间的关系，并因而决定井作业计划的一个或多个方面或组成，
如设备和/或方法，以避免负面生产事故并因而提高作业效率。
另外或可选地，通过油藏模型(一个或多个)、近井模型(一个
或多个)和井模型(一个或多个)之间的关系，通过关联模型和/或模
型的结果和输入的算法，或通过其它计算方法，可以数字化地确定优
化的井生产能力。在一些实施方式中，至少部分地基于考虑多个决策
因素的至少一个的目标函数，至少一个优化的井生产能力可被确定。
如本处所用，术语“目标函数”指任何方程式、方程组、模型、模拟
等，其考虑表征的有效生产能力、模拟的井生产能力和确定井生产能
力的一个或多个决策因素，作为时间和/或空间的函数，其最好接近一
个或多个作业目标。示例性的决策因素包括在井作业决定中通常考虑
的那些因素，包括随时间的产量、给定时间的产量、操作成本、操作
危险、减小停工时间等，以及它们的结合。因此，简化的目标函数可
被配置以基于单个决策因素如完井设备选项成本的考虑相对于有效的
生产能力确定优化的井生产能力，以满足最小化完井成本的目标。更
强的目标函数可被配置以考虑更多的决策因素，特别是影响井和油藏
的长期生产能力的因素。在本公开范围内的目标函数可被配置以利用
模拟井和模拟的近井区域的全物理模拟，以考虑不同决策在井寿命期
间对井和地层的影响。
继续参考图4，可以回顾本方法在418包括确定至少一个井作业计
划要素。确定的至少一个井作业计划要素是可被引入到井作业计划的
要素，以在进入有效生产能力被表征的油藏的井中提供优化的井生产
能力。如本文所用，术语“井作业计划”用于指与操作烃采收相关的
井的工作相关的操作、步骤、程序等的分类。因此，井作业计划包括
与钻井作业、完井作业、生产作业和处理作业相关的方面。
一旦井作业计划被限定用于与油藏相关的井，井随空间和时间的
模拟的井生产能力可使用本文所述的方法确定。但是，本方法还可在
确定或限定这样的井作业计划的工作中实施，该井作业计划提供通过
本文所述方法确定的优化的井生产能力。因此，一旦优化的井生产能
力作为空间和/或时间的函数被确定，作业计划要素可被确定，其可被
引入到井作业计划中以提供优化的井生产能力。在步骤418中可确定
的示例性井作业计划要素包括一个或多个设备424和方法426。例如，
可以确定，在完井中引入特定的一件设备可提供优化的井生产能力(如
防砂设备、流入控制设备等)。另外或可选地，可以确定，一些处理
作业，如酸化处理、破裂等，可能需要以与传统方法不同的方式设计
和执行。如上所述，传统方式是最大化初始产量。但是，比较使用本
文所述方法的随时间的产量可以显示，具有较低初始产量的完井或处
理选择可以导致更高的随时间的总产量，例如当初始产量很快下降，
进一步对于第一作业很快下降，而对于第二作业，下降较缓慢和/或较
轻微时。也可考虑其它设备或方法用于井作业计划。
由于可用于井的设备和方法的多种可用组合，一些实施方式可得
到多个作业计划要素，其可使用以提供优化的井生产能力。在这样的
实施方式中，井作业者可以从可得到分类中选择井作业计划要素和/或
要素组合，提供优化的井生产能力。另外或可选地，在一些实施方式
中，随空间和时间的优化的井生产能力可以固有地确定相应的优化井
作业计划，如当有限组的作业计划要素可用于获得优化的井生产能力
时。
从前述可理解，图4的方法得到相对于表征的有效生产能力确定
的优化的井生产能力和一个或多个确定的可引入井作业计划中的井作
业计划要素。在一些实施方式中，可以使用一个或多个计算机来确定
优化的井生产能力。另外或可选地，可使用一个或多个计算机确定至
少一个井作业计划要素。可以理解，本方法可在各种计算机系统配置
中实施，包括手持设备、多处理器系统、微处理器基电子设备或可编
程消费者电子设备、迷你计算机、大型计算机、工作站等。许多的计
算机系统和计算机网络因此可接受用于本技术。本方法可在分布式计
算环境中实施，其中任务由通过通信网络相连的远程处理设备完成。
在分布式计算环境中，软件可位于包括记忆存储设备的本地和远程计
算机存储介质中。另外，除非特别说明，可以理解，使用术语如“处
理”、“计算(computing)”、“计算(calculating)”、“确定”等的本
文讨论指计算机或计算系统或类似电子计算设备的动作和/或过程，所
述动作和/或过程操纵和/或变换在计算系统寄存器和/或存储器中的代
表井、地层和/或油藏的物理特征的数据为其它数据，类似地，所述其
他数据在计算系统的存储器、寄存器或者其它这类信息存储设备中，
代表井、地层和/或油藏的物理特征。
图7图解说明可实施本公开方法的简化计算机系统700。计算机系
统700包括系统计算机710，其可以作为任何传统的个人计算机或上述
其它计算机系统配置执行。系统计算机710与代表性数据存储设备
712、714和716通信，所述存储设备可以是外部硬盘存储设备或任何
其它合适形式的数据存储。在一些实施方式中，数据存储设备712、714
和716是传统的硬盘设备并且通过本地区域网络或通过远程接入的方
式执行。当然，虽然数据存储设备712、714和716被图解为单独的设
备，但如果期望，单个数据存储设备可用于存储任何和全部程序指令、
模型、模拟、测量数据、结果、作业计划要素等。
在代表性图示中，要输入系统和方法中的数据，如关于油藏、近
井区域和/或井的数据，被储存在数据存储设备712中。系统计算机710
可以从数据储存设备712中检索合适的数据以根据与本文所述方法相
应的程序指令进行本文描述的操作和分析。例如，程序指令可以被配
置为模拟井、近井区域和/或油藏以确定优化的井生产能力。程序指令
可以被写成任何合适的计算机编程语言或语言的组合，如C++、Java
等。程序指令可以被储存在计算机可读存储器中，如程序数据存储设
备714。存储程序指令的存储器介质可以是用于存储计算机程序的任何
传统类型，包括硬盘驱动器、软盘、CD-ROM和其它光学介质、磁带
等。
虽然程序指令和输入数据可以被储存在系统计算机710上并被其
处理，但是本文所述方法的结果可以被输出用于研发一个或多个优化
井作业计划，如图4的步骤432所指示的。例如，一个或多个确定的
优化井生产能力434和确定的井作业计划要素436可以以数据形式存
在于计算机系统700上并且可以被输出用于研发优化的井作业计划。
对于本公开的目的，输出指存储一个或多个井作业计划要素和/或一个
或多个优化的井生产能力用于机器解释、存储一个或多个井作业计划
要素和/或一个或多个优化的井生产能力用于在接下来的步骤如设计和
/或实施步骤中由作业者操作、和/或显示一个或多个井作业计划要素和
/或一个或多个优化的井生产能力用于作业者观察。例如，图6A-6C的
简化图像显示可以被输出用于作业者观察，以用于研发井作业计划。
另外或可选地，可用的井作业计划要素的列表可以被输出用于观察，
如在显示器上或打印输出，用于研发作业计划。
根据图7的代表性实施方式，系统计算机710将输出呈现在图表
显示器718上，或可选地经打印机720输出。另外或可选地，系统计
算机710可以在数据存储设备716上存储上述方法的结果，以备后用
和进一步分析。键盘722和定点设备(例如，鼠标、轨迹球等)724可提
供给系统计算机710以确保交互式操作。图7的图表显示器718代表
能够呈现可视化的各种显示器和显示系统。类似地，定点设备724和
键盘722代表可以与系统计算机相连的各种用户输入设备。可用于能
够实施本方法的计算机系统的多种配置排除了所有实际配置的完整描
述。例如，多数可用的数据存储和数据通信技术频繁改变，排除其完
整描述。在此应当充分注意，数据存储、数据处理和数据通信技术的
众多合适的安排可以被选择用于实施本方法，其全部均在本公开的范
围内。
重新参考图4，可以看出，通过在框438实际地实施井作业计划，
引入确定的能够提供优化的井生产能力的至少一个井作业计划要素，
本方法的一些实施方式可以继续。如上所述，井作业计划在井寿命周
期内包括许多可能的步骤。取决于使用本方法的井的寿命中的阶段，
井作业计划的实施可以包括钻井、完井、开采井和/或处理井的一个或
多个，其包括一个或多个确定的井作业计划要素。例如，示例性实施
方式可以包括选择完井中包含的完井设备。其它示例性实施方式可以
包括以一定阻塞程度开采井以保持井生产能力相对于有效生产能力随
空间和/或时间在确定的优化水平。其它示例性实施方式可以包括以获
得确定的优化井生产能力的方式处理井。
图4进一步图解说明本方法的一些实施方式可以在框440包括从
井中开采烃。烃的开采可以根据传统的开采作业。另外或可选地，烃
开采作业可以至少部分地基于优化井生产能力的考虑。例如，当被确
定以提供确定的优化井生产能力的井作业计划包括开采相关的决定或
要素时，开采操作可以至少部分地基于本方法的结果。对井实施一定
程度的阻塞以减少井生产能力是开采作业如何至少部分地基于本方法
的结果的一个实例以及使用本方法可以作出开采相关的决策的一种方
式。
图8是示意性地图解制定关于烃井作业的决策的方法的另一流程
图。由于图4和图8之间的相似性，相同的元件将引用相同的参考数
字。另外，为简明和清楚起见，结合图4描述的图8的元件将不以相
同的详细程度结合图8描述。类似于图4，图8的决策方法800包括三
个主要步骤：1)表征有效生产能力814，其至少部分地基于表征的油藏
潜力810和表征的近井能力812；2)确定优化的井生产能力816；和3)
确定井作业计划要素818。另外，图8图解说明，在一些实施方式中，
本发明的方法包括在框850选择初始井作业计划。如上所述，井作业
计划可以包括范围从钻井作业到完井作业到生产作业到处理作业的作
业相关计划。容易理解，在框652，甚至简单的井作业计划可以包括多
个井决策或者涉及井作业的决策。示例性的决策包括影响钻井条件的
决策、影响完井剖面的决策、影响产量的决策等。
在一些实施方式中，本发明的方法包括使用井模型以确定井作业
计划如初始井作业计划的井生产能力，井作业计划在井的预期寿命或
井的预期寿命的一段时间包括多个决策，如框816所示意性地阐述的。
图8进一步图解，本发明方法的一些实施方式可以包括在框854迭代
地改变至少一个井决策，以努力确定优化的井生产能力816。在图6
图示的情形中，井生产能力线618的位置或配置可以随一个或多个井
决策的每次迭代变化而改变。类似地，因为近井区域常受井决策的影
响，近井模型可以被迭代更新，对于井决策的每次迭代表征近井能力
812。因此，对于追求优化井生产能力的井作业计划的每次迭代，近井
能力、有效生产能力和井生产能力可以每个都进行模拟或表征。在一
些实施方式中，每次迭代确定的井生产能力可以相对于有效生产能力
使用目标函数进行考虑，以确定特定组合的井决策是否提供优化的井
生产能力。示例性的井作业计划可以涉及完井作业并且可以包括关于
井的一个或多个层段的完井设备选择的决策。本方法的一些实施方式
可以包括迭代地改变所选择的一个或多个这些层段中的设备，直至井
生产能力根据目标函数被确定为优化的井生产能力。另外或可选地，
连续迭代的井生产能力可以彼此对比以确定形成井作业计划的哪个井
生产能力和相应一组井决策相对于表征的有效生产能力提供优化的井
生产能力。仍然另外或可选地，一些实施方式可以对比每次迭代确定
的井生产能力与相对于有效生产能力确定的优化的井生产能力。
在一些实施方式中，不参考特定的决策选项，例如可得的设备或
已知的方法，进行确定优化的井生产能力的步骤，以提供理论的优化
井生产能力。在这样的实施方式中，迭代改变的井决策可以不受约束
地被考虑。然后各种井作业计划的井生产能力使用上述模型确定并与
优化井生产能力对比，直至优化的井作业计划得以确定。在一些实施
方式中，井决策的不受约束迭代可以确定使用传统设备和方法不易得
到的优化的井生产能力。非但不会失败，这样的实施方式提供机会来
设计和/或发明新的设备和方法以优化井作业计划，该设备和方法可以
用于其它实施方式。
另外或可选地，井决策的迭代可以被限制为使用可得到的方法和/
或设备的井决策组合。例如，使用可得到的或已知的设备和方法的井
作业计划可以被研发，相应的井生产能力被确定并与相对于有效生产
能力确定的优化井生产能力相比。该方法可以被重复，直至在可得到
的井作业计划的井生产能力和确定的优化井生产能力之间发现最佳匹
配。
图8进一步图解说明，在一些实施方式中，确定优化的井生产能
力可以包括在框856比较至少两个井作业计划，每个井作业计划可以
包括不同组的井决策。如上所述，优化井生产能力可以使用目标函数
确定，以考虑井生产能力和有效生产能力之间的关系，并相对于有效
生产能力确定优化的井生产能力。另外，通过比较至少两个井作业计
划在井的预期寿命的至少一段时间内的井生产能力，优化的井生产能
力可以被确定。两个不同作业计划的比较可以揭示哪个作业计划提供
井生产能力和有效生产能力之间更优化的关系。另外或可选地，目标
函数还可以用于辅助作业者评估两个或更多个井作业计划之间相对井
生产能力的差异。在模拟和确定是通过计算而不是作业者的视觉比较
来进行的实施方式中，目标函数的使用可以是特别有用的。可选地，
作业者可以视觉比较两个或更多个井作业计划的井生产能力和/或模拟
产量，以确定哪个计划相对于有效生产能力提供优化的井生产能力。
继续图8的示意性流程图，可以看出，决策方法800包括，一旦
优化井生产能力已被确定，则确定井作业计划要素818。如上述讨论中
可见，在816，确定优化井生产能力的步骤可以包括确定各种组合的井
作业计划要素的井生产能力。在这样的实施方式中，确定井作业计划
要素的步骤可以被考虑为井生产能力优化步骤的部分，其提供的一个
实例是，示为单独步骤的步骤如何能够结合为单个步骤中而不偏离本
发明。应当理解，分开描述的步骤和/或特征可以被组合为一个，作为
一个描述的步骤和/或特征可以被分开而不偏离本发明。另外或可选地，
在框818，可以并入提供优化井生产能力的井作业计划中的确定井作业
计划要素的步骤可以在已经确定优化井生产能力之后完成，甚至在反
复地或比较地考虑多个井作业计划的帮助下确定优化井生产能力时完
成。
确定一个或多个井作业计划要素的步骤818可以基本上类似于以
上结合图4描述的步骤的方式。另外，确定作业计划要素818可以包
括从可得的井作业计划要素框858和/或理论井作业计划要素框860中
确定一个或多个井作业计划要素(例如，方法和/或设备)。如上所述，
一些实施方式可以优选从可得的或已知的设备和方法中选择作业计划
要素。在其它实施方式中，确定作业计划要素包括理论的设备和/或方
法以提供确定的优化的井生产能力可以给作业者提供机会来改进井作
业，使其远好于通过研发新设备和/或方法所预期的作业。
图8进一步图解决策方法800可以包括在进入油藏的井中实施井
作业计划820和从井822开采烃的步骤。这些步骤可以根据传统实践
来完成，以实施在确定的井作业计划中制定的决策。
应当注意，不是每个实施方式都包括从井中开采烃的步骤。例如，
无论是图8中所描述的或任何其它图中描述的，本方法都可以在操作
并非意图开采烃的注入井中使用。虽然本公开主要就井接收地层流体
的能力讨论了井生产能力，但是，就井将注入的流体移动至地层的能
力而言，注入井中的井生产能力是类似的。
关于图5和图9-11，代表本方法示例性实施方式的各种情况以上
述示意性代表的方式结合图5来阐明，其中有效生产能力和井生产能
力之间的交叉指示可能触发负面生产事故的条件。如上所述，本方法
使用井模型和近井模型确定作为空间和/或时间的函数的优化井生产能
力，每个模型都可以至少部分地基于全物理学模拟。使用井模型和近
井模型允许作业者确定井生产能力和有效生产能力，该有效生产能力
考虑近井能力。可以理解，由于井下发生多种过程，近井能力和井生
产能力每个都可以随时间和空间改变。作为简单的实例，微粒或细粒
的移动可以以不同方式影响井生产能力和近井能力。另外或可选地，
结垢和/或结成滤饼可以以不同方式影响井生产能力和近井能力的每一
个。因此，作业者最好能够确定精确的、基于时间和空间的、优化的
井生产能力。
图9，非常像图6，包括多个图：图9A-9D，其图解说明模拟井的
随时间推移的作业。如图6一样，图9A-9D的每个包括两个窗格902、
904，以图解当井生产能力和有效生产能力之间的关系随时间改变时随
时间对产量的影响。具有图6中相应元件的图9的元件用相应的参考
数字标记，并且为简明起见不再在此详细解释。可见图9A和9B表示
基本上与图6A和6B的情况一样的情况，其中井正在给定速率下生产。
图9C表示刚好在进行井决策以从顶部934b关闭第二层段后的时间点
上模拟井的井生产能力(参见图9A)。从图6的说明可以回想到，第二
层段934b显示要求阻塞整个井的生产限制器以及相应的产量减少。但
是，如图9C可见，因为决定停止层段934b的整个生产而保持剩余层
段的生产，所以没有出现这样的生产限制。考虑图9C，可以看出，由
于关闭层段934b而使产量轻微下降，但是该产量在井由于接近层段
934d中的交叠而需要被阻塞之前的一些时间仍然较高，该阻塞示于图
9D。比较图6的图示和图9的图示，可以看出，从井生产在产量下降
至可能考虑修井的点之前能够持续较长时间并且是在较高速率下。
图9图解说明使用本发明确定优化的井生产能力的一个实例。在
图9的实例中，可以说在给定时间点关闭单个问题层段好于在该时间
阻塞整个井，如图6所示，至少对产量而言如此。对于在生产作业期
间选择性关闭井筒层段来说，有许多技术可用，包括使用滑动套筒、
流入控制设备等。确定至少一个井作业计划要素的步骤包括选择技术
(例如设备和/或方法)以提供时间和空间依赖性的井生产能力。作为合
适的技术的一个实例，可控和/或适合的完井设备正在工业中被研发和
使用。一些这样的设备包括控制生产线，其延伸至表面，用于自动控
制或手动控制，而其他被配置为根据井底条件如压力改变、温度改变、
流体组合物改变等进行自我调整。
虽然提供示意性地示于图9中的井生产能力的井作业计划与图6
相比可以得到更高的产量，但应当回想到，较高的产量仅是本方法确
定优化的井生产能力时可以考虑的一个因素。如上所述，可以引入使
用一个或多个目标函数的确定可以考虑因素例如材料成本、作业复杂
性和时间要求、作业风险等。因此，在图6和图9之间的模拟产量的
简单对比并不足以得出结论：一个相对于另一个是优化的。例如，可
以推断，需要用于关闭层段的设备成本太高或太具风险性而难以证明
产量的相对增加是好的。但是，图6和图9的组合是上述本方法方面
的示例，其中不同井作业计划的井生产能力在确定优化的井生产能力
的工作中进行比较。图6和图9图解说明两个不同的井作业计划随时
间和空间的井生产能力和对产量的相应影响。可以产生其它曲线以表
示因素如成本、风险等，以比较不同井作业计划对井效率的全部影响。
使用本发明的作业者可以考虑比较性曲线，以确定井随空间和时间的
优化的井生产能力，其可以是图6的井生产能力、图9的井生产能力
或另一井生产能力。
图10类似于图9，因为其显示井生产能力、有效生产能力和生产
的另一系列的随时间推移的表示。图10A和10B按照图6和9的模式，
其中产量继续在代表性水平的产量，而井生产能力保持不变。图10C
图解本方法的实施方式，其中井作业计划包括适合的或可控的完井，
如以上描述的那些，在层段1034b中，其减小层段中的井生产能力而
不完全关闭层段。比较图10C和图9C可以看出，减小井生产能力而不
关闭层段的结果是，图10的井作业计划中产量的减少低于图9的井作
业计划。如上所述，本方法可以得到图10的井生产能力，其被确定为
优化的井生产能力。另外或可选地，图10的井生产能力可以仅表示在
确定优化井生产能力的迭代和/或比较性工作中计算的许多井生产能力
的一个。
如上所述，图6、9和10所示的井生产能力可以或可以不表示用
于任意特定井的优化的井生产能力。另外，本发明的许多实施方式可
能永不产生类似于图6、9和10的那些的显示或输出。但是，应当理
解，这些图示是说明在确定优化的井生产能力时可被计算机系统考虑
——具有作业者输入或没有作业者输入——的数据和性能类型。在一
些实施方式中，作业者可以将基本上所有的决策因素引入一个或多个
目标函数，以使计算机系统能够从海量井作业计划中确定单个井作业
计划，该作业计划根据确定为相关的因素提供优化的井生产能力。另
外或可选地，计算机系统可以被配置为连续地或迭代地改变井作业计
划，改变具有每次迭代的计划的一个或多个方面，直至根据确定为相
关的因素确定优化的井作业计划。另外或可选地，计算机系统可以不
被提供基本上所有的相关因素，并且可以呈现给用户井生产能力的时
间和空间相关性描述，例如可以被图形描述、数字描述或通过使用方
程式描述。在这样的情形，作业者可以能够确定作业计划要素，其根
据作业者考虑的其它因素提供或逼近优化的井生产能力。
仍然另外地，本方法的一些实施方式可以允许作业者确定两个或
更多个潜在的井作业计划，如现有的井作业计划和一个或多个提议的
作业计划，例如各种可能的修井计划。本方法可以用于确定每个确定
的潜在作业计划的井生产能力。如上结合图8所述，井生产能力可以
根据本方法进行比较，并且优化的井生产能力可以被确定。作为潜在
的井作业计划之间的这种比较步骤的实例，图6、9和10可以被一起
考虑。例如，如果根据当前的作业计划连续生产，图6可以表示当前
作业生产井的井生产能力，当前作业计划包括在图6B所示的时间开始
阻塞井。图9和10可以每个表示可以对井实施的可选修井处理。在示
例性的情形中，作业者可以考虑是否进行修井和何种类型的修井将是
最有效的。通过考虑图9和10的相对井生产能力以及其它因素，作业
者能够客观地确定在井寿命期间或者至少在被模型考虑的井寿命的一
段时间内哪个作业计划将是最优选的。例如，本方法可以包括考虑因
素如成本、风险、规章限制、设备的可得性等。在一些实施方式中，
本方法可以揭示所提议的处理在环境下是不可行的，或者相对昂贵的
或有风险的处理将由于预期的改进程度而对成本和风险是值得的。
图11图解本发明的其它方面。图11按照图6、9和10的模式，
因为其在图11A-11C中包括多个井作业计划的时间推移视图。图11图
解优化的井生产能力，其中井生产能力在每个层段和每个时间段中被
优化。在这样的情形中，本方法可以用于确定优化的井生产能力，其
与表征的有效生产能力至少基本上一致或至少基本上同步。如所示，
井生产能力基本上与有效生产能力随考虑的时间和空间跨度全部同
步。其它或可选的实施方式可以使井生产能力与有效生产能力仅在有
限部分的井上在时间上或空间上同步，如仅在一个或多个层段中或仅
在井的预期寿命的特定时间段。通过比较图11与图6、9和10可以看
出，优化的井生产能力(即，基于实例中的生产限制可得到的最高井生
产能力)产生所有所示实例的最高产量和最高总产量。图11图解说明，
相对于有效生产能力最大化井生产能力将使作业条件下的产量和总产
量最大化。通过使用至少部分地基于模拟井的全物理学模拟的近井模
型，本方法的使用者能够更精确地模拟井和近井区域。推而广之，井
生产能力和有效生产能力被更精确地随时间和空间表征，从而允许使
用者确定优化的井生产能力。
从前述可以理解，本方法的一些实施方式可以研发与烃的使用相
关的系统，如可操作地连接至油藏的井。系统的井包括至少部分地基
于计算机模拟选择的至少一个要素，所述计算机模拟适于：1)至少部分
地基于油藏潜力和近井能力表征油藏随空间和时间的有效生产能力；
2)相对于表征的有效生产能力使用井模型确定随空间和时间的优化井
生产能力；和3)确定至少一个要素，其可被引入井作业计划以在井中
提供优化的井生产能力。例如，至少部分地基于计算机模拟选择的至
少一个要素可以选自至少一个设备和方法，如钻井方法、完井方法、
生产方法、处理方法、完井设备、生产设备等。在一些实施方式中，
确定引入井作业计划的设备可以至少部分地基于计算机模拟的结果来
研发。例如，可以要求定制的或革新的设备以逼近计算机化系统确定
的优化的井生产能力。计算机模拟可以适于进一步使用目标函数和/或
用户输入，以考虑确定优化井生产能力的有关因素，如设备成本、作
业风险、规章限制等。另外或可选地，计算机模拟可以根据上述任意
一个或多个方法确定优化的井生产能力。例如，计算机模拟可以反复
改变一个或多个井作业决策、可以比较不同的井作业计划、和/或可以
确定理论的基于物理学的不受当前可得的方法和设备限制的最佳值。
类似地，从前述应当理解，本发明包括适于完成上述一个或多个
方法的计算机化系统。更具体地，并且如以上图7的描述所建议的，
本发明包括优化烃井决策的系统。系统可以包括处理器、存储介质和
处理器可访问的计算机应用软件，并且被储存在存储介质和处理器的
至少一个上。系统可以包括当前可得的或将来发展的计算系统的任何
的其它特征、要素和能力，包括范围从简单的个人使用计算系统到适
于复杂模拟的复杂计算系统的系统。计算机应用软件可以是适于进行
本文所述一种或多种方法的任何合适的形式。例如，合适的计算机应
用软件适于：1)至少部分地基于油藏模型(和表征的油藏潜力)和近井模
型(和表征的近井能力)表征油藏随空间和时间的有效生产能力；2)
相对于表征的有效生产能力使用井模型确定随空间和时间的优化井生
产能力；和3)确定至少一个井作业计划要素，其可被引入井作业计划
以在进入油藏的井中提供优化的井生产能力。
虽然本发明的技术可进行各种改进和可选形式，但以上讨论的示
例性实施方式已通过举例显示。还应当理解，本发明并非意图被限制
为本文公开的特定实施方式。而是，本发明包括落入所附权利要求书
的精神和范围内的所有改进、等同物和可选项。