摘 要

        整体压裂技术通过批钻批压实现一次布井、一次布缝和同步投产，是非常规油气藏获得效益开发的关键技术之一。井距、缝距匹配性优化对提高储层整体改造效果具有重要意义。针对玛湖砾岩储层一典型区块，利用测、录井数据和压裂施工参数，通过地质工程一体化Petrel平台建立了三维地质模型；基于CMG油藏数值模拟器和局部对数网格加密法建立了非均质精细化四井平台水力压裂产能预测模型；结合粒子群算法和差分进化算法，以井组产能为目标函数优化了四井平台的井间距和缝间距，实现了七维参数同步优化。优化后的井组产能比现场实际生产数据提高16.3%；四井平台单井的稳产周期更长，产量递减速度更慢；孔隙压力场波及范围更大，进一步促进了油井产能的提高。研究成果为非常规油气藏整体压裂方案优化奠定了模型与方法基础。

        非常规储层整体开发井距、缝距匹配性优化是一个多维复杂问题，合理的水平井部署方案对于激发油藏生产潜力和提高开发效益至关重要。针对整体压裂，国内外研究人员基于数值模拟方法进行了一系列优化研究。周德华等提出了一种基于嵌入式离散裂缝模型的数值模拟方法，并以涪陵江东区块为例，利用正交试验方法综合分析了压裂工艺、井间干扰等因素对井组产能的影响，评估了立体开发效果，提出了相应的稳产增产方案。毛英雄以牛圈湖油田东Ⅱ井区为例，基于整体PEBI网格方法，建立了水平井整体压裂数值模拟模型，研究了水平井组的油、水井裂缝匹配程度，并通过正交试验法进一步优化了井组的裂缝半长和导流能力。因此，整体压裂的优化思路是基于实际的地质和生产数据，建立油藏数值模型，选取典型井组进行产能预测，优化出预估产量较好的开发方案。但油藏地质情况存在较多不确定性因素，正交试验优化方法需反复对油藏模拟软件进行操作，耗时长，难以高效快捷地得到最优整体部署方案。

        近年来，国内外研究人员采用数值模拟和优化算法相结合的方法循环迭代得到最优整体压裂部署方案。Xu等将离散裂缝模型同自动搜索算法相结合，优化变量以求得最高净现值，同时也对比了不同算法的性能。Wang等将压裂仿真、油藏模拟、地质力学计算和机器学习四者相结合，在初始案例的基础上构建新的完井方案，形成了用于生成最优井距的完整工作流程。多井平台的优化研究已初步应用于现场，但井位优化算法多为全局优化算法，如差分进化算法（DE）、遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、模拟退火算法（SA）等。差分进化算法具有原理简单、鲁棒性强等优点，但是其收敛速度较慢，在进行高维问题运算中易出现错误；遗传算法全局搜索能力强，并行能力强，可解释性好，但容易收敛为局部最优解，运行时间较长，不适合高维问题；粒子群算法不需要梯度信息，收敛速度快、适用范围广，但该算法的性能受参数选择和调整的影响，需进行一定的经验和试验调优，并且该算法对初始解依赖性强，较差的初始解将导致较差的优化结果；模拟退火算法全局搜索能力强，适用于高维参数优化问题，但其性能受参数选择和调整影响较大，同时在搜索过程中耗时较长，特别是计算复杂问题时对可行性约束处理相对困难。

        储层整体压裂优化技术已在国内得到了广泛应用，但不同油藏条件差别较大，尚未形成系统的整体压裂方案优化方法。目前的整体压裂参数优化技术存在如下问题：①无法将裂缝和井位设计综合考虑，只能得到局部最优解；②油藏模拟时间过长，尤其是较大的油藏模型，为了减少模拟时长，使用简易模型进行代替，模型不够精确；③优化过程中的变量较少，固定的变量较多，不能全面地考虑油藏各种参数之间的相互影响；④缺少结合现场数据集进行平台井开发和优化的方法。

        本文基于地质工程一体化Petrel平台建立了精细地质模型，基于CMG油藏数值模拟器和局部对数网格加密法建立了四井平台产能预测模型。利用粒子群算法和差分进化算法，以井组产能为目标函数对四井平台的井距（W_S,1、W_S,2、W_S,3）、裂缝间距（f_S,1、f_S,2、f_S,3、f_S,4）七维参数进行优化，进一步对比了两种优化算法的性能，优选出最优的井距缝距方案，提高立体开发整体改造效果。

1 .平台井立体开发优化方法

1.1 立体开发优势

        平台井立体开发作为新兴的非常规油气藏开发技术，相对于传统的单井开发具有诸多优势。

        1）减少地表占用面积和环境影响。平台井立体开发技术利用同一平台同时钻进多口井，减少在地表上建设钻井设备的数量和占地面积。相对于传统的单井开发，平台井立体开发可以降低土地占用、水资源消耗，并减少对原始生态环境的破坏。

        2）提高开发效率和减少成本。平台井立体开发技术可以实现一次布井、一次布缝、同步投产，通过批量化的施工和操作，降低钻井和压裂作业的单位成本。此外，在开发过程中可以同时进行多口井的钻探和生产操作，提高开发效率。

        3）增加储层动用量和提高采收率。平台井立体开发技术通过交错布缝和多层立体拉链式压裂，可以充分利用储层空间，增加储层动用量，提高采收率。与传统的单井开发相比，平台井立体开发可以更精确地控制压裂和注采作业，从而最大程度地挖掘储层潜力。

        4）提高油气勘探和开发水平。平台井立体开发技术通过三维应力场时空演化研究，可以更好地了解储层特征和性质，优化压裂方案，提高油气勘探和开发水平。图1为平台井立体开发示意图，通过合理设计缝间距f_S,1和井间距W_S,1，使得孔隙压力场的波及面积增大，进而增加地层压力差，使油气更容易流动并被采集，得到能够尽可能发挥储层潜力的方案。

1.2 立体开发工作流程

        本文首次采用多平台融合方法（Petrel+CMG），同时结合智能优化算法，实现了非均质模型中平台井裂缝参数整体优化。利用Petrel建模实现模型非均质属性刻画；利用CMG-GEM组分模拟实现平台井多裂缝渗流模拟；利用自动搜索算法实现平台井高维参数同步优化，从而获得最佳匹配的整体设计参数。

        如图2所示，首先，基于地质工程一体化软件Petrel，结合测录井数据和压裂施工参数，建立三维精细地质模型；其次，将三维地质裂缝模型导入CMG，进行网格加密处理，采用局部网格加密的平面裂缝模型模拟缝内和缝周的流体流动；再次，在CMG的GEM模块中进行油藏模拟作为优化的初始方案；最后结合优化算法调用CMG中的CEM油藏数值模拟器寻找最优方案。