二氧化碳注气参数优化方法、装置、设备及存储介质与流程

本技术实施例涉及油气开采，特别涉及一种二氧化碳注气参数优化方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、目前，碳捕获、利用与封存（carbon capture utilization and storage，ccus）技术作为一种减少温室气体排放的重要手段受到了广泛关注。其中的二氧化碳驱油封存技术，既可以提升原油采收率，同时也能安全的存储大量的二氧化碳，具有广阔的应用前景。在co2的驱油与封存作业中，井底的流体温度与压强直接决定了co2的流动性与溶油能力。为了达到最优的原油驱替效果与封存效果，需要设计合理的ccus井口的注入温度、注入压强和井身结构，使得进入井底的co2流体达到最合适的温度与压强。

2、在注入井模型研究方面，早期的个别模型揭示了目标输入井内流体温度随时间的变化趋势，但未能达到真正的稳态模拟；国内部分学者虽已逐步纳入物性参数变化、热容效应、相态转变等因素，提高了模型的适用性和精度，但co2作为特殊工质，在注入过程中的物性参数随温度压强大幅波动，导致传统模型难以准确描述所有关键动态过程。在注气策略优化方法研究方面，部分学者提出的注co2井参数优化方法存在局限，仅能在固定某一部分参数（如生产参数或井身结构）条件下进行优化，难以同时得到最优的注入参数来与井身结构组合，影响了二氧化碳注入策略的制定难度，从而影响了注入井的碳埋存效果和驱油效果。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种二氧化碳注气参数优化方法、装置、设备及存储介质，能够提高注入井的碳埋存效果和驱油效果。本技术实施例提供的技术方案如下：

2、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种二氧化碳注气参数优化方法，该方法包括：

3、构建目标注入井的温度梯度计算模型和压强梯度计算模型；

4、根据目标注入井的尺寸参数、油管的尺寸参数和温度、套管的尺寸参数和温度，计算二氧化碳注入目标注入井的综合传热系数；

5、根据综合传热系数、温度梯度计算模型、压强梯度计算模型和二氧化碳的热力学性质数据，对目标注入井进行二氧化碳流体注入过程的流动模拟，得到目标注入井的温压剖面数据；其中，温压剖面数据包括目标注入井的多个横向剖面分别对应的二氧化碳的温度数据和压强数据；

6、构建注入参数优化函数，其中，注入参数优化函数包括待优化参数，待优化参数包括井身结构参数和流体注入参数，井身结构参数包括油管的内径和外径以及套管的内径和外径，流体注入参数包括二氧化碳的注入压强、注入温度和注入流量；

7、基于目标注入井井底的目标温度范围和目标压强范围，确定每个待优化参数的取值范围，并对种群进行初始化得到初始化种群，初始化种群中的每个个体包含一组待优化参数；

8、基于初始化种群和温压剖面数据，采用非支配排序遗传算法，生成注入参数优化函数的最优解，最优解包含优化后的一组待优化参数。

9、在一些实施例中，基于初始化种群和温压剖面数据，采用非支配排序遗传算法，生成注入参数优化函数的最优解，包括：

10、基于温压剖面数据和注入参数优化函数，得到种群中的各个个体分别对应的适应度，适应度用于表示待优化参数的预测准确度；

11、根据种群中的各个个体分别对应的适应度，对种群进行非支配排序；

12、按照非支配排序的排序结果，将种群中的个体划分为多个层级；

13、对于每一个层级，计算对应的拥挤度，拥挤度用于指示层级中个体分布的集中程度；

14、根据非支配排序的排序结果和各个层级分别对应的拥挤度，更新种群；

15、从基于温压剖面数据和注入参数优化函数，得到种群中的各个个体分别对应的适应度的步骤开始执行，直到达到停止条件，得到注入参数优化函数的最优解，以及得到注入参数优化函数取最优解时对应的一组待优化参数的取值。

16、在一些实施例中，注入参数优化函数根据下述公式进行表示：

17、，

18、为待优化参数，各个待优化参数的范围如下：

19、，

20、其中，f为注入参数优化函数，q为二氧化碳的注入流量，t0为二氧化碳的注入温度，p0为二氧化碳的注入压强，、、、分别为油管的内径、油管的外径、套管的内径、套管的外径，tm为目标注入井井底的温度，pm为目标注入井井底的压强，为目标注入井井底的目标温度，为目标注入井井底的目标压强，、分别为二氧化碳注入目标注入井时的最小流量与最大流量，、分别为二氧化碳注入目标注入井时的最低温度和最高温度，、分别为二氧化碳注入目标注入井时的最小压强和最大压强。

21、在一些实施例中，方法还包括：

22、获取二氧化碳在目标注入井内各个区域分别对应的雷诺数re；

23、根据二氧化碳在目标注入井内各个区域分别对应的雷诺数re，计算二氧化碳在目标注入井内各个区域与油管之间的摩阻系数；

24、基于二氧化碳在目标注入井内各个区域与油管之间的摩阻系数，得到压强梯度计算模型。

25、在一些实施例中，在re小于2300的情况下，摩阻系数的计算方式为：

26、；

27、在re大于或等于2300、且re小于或等于3400的情况下，摩阻系数的计算方式为：

28、；

29、在re大于3400、且re小于2×106的情况下，摩阻系数的计算方式为：

30、；

31、在re大于2×106的情况下，摩阻系数的计算方式为：

32、；

33、其中，f为摩阻系数，ε为油管的平均粗糙度，re为二氧化碳流体的雷诺数，r1为油管的内径。

34、在一些实施例中，目标注入井包括m个井段，m为大于1的整数，该方法还包括：

35、获取m个井段中的第一井段的前端的压强和温度，初始化的第一井段为m个井段中从前往后数的第一个井段；

36、根据第一井段的前端的压强和温度、综合传热系数和热力学性质数据，计算得到第一井段的压强变化量和温度变化量；

37、根据第一井段的前端的压强和温度、第一井段的压强变化量和温度变化量，计算得到第一井段的平均压强和平均温度；

38、根据第一井段的平均压强和平均温度，计算第一井段内二氧化碳的物性参数和相态类型，物性参数包括压强和温度；

39、基于第一井段内二氧化碳的物性参数和相态类型，采用温度梯度计算模型，生成第一井段内二氧化碳的第一温度；

40、基于第一井段内二氧化碳的物性参数和相态类型，采用压强梯度计算模型，生成第一井段内二氧化碳的第一压强；

41、在第一井段的温度变化量与第一温度的差值的绝对值小于或等于第一阈值，且第一井段的压强变化量与第一压强的差值的绝对值小于或等于第二阈值的情况下，将第一井段的下一个井段确定为新的第一井段，从根据第一井段的前端的压强和温度、综合传热系数和热力学性质数据，计算得到第一井段的平均压强和平均温度的步骤开始执行，直至第一井段为m个井段中的最后一个井段，生成温压剖面数据；

42、在第一井段的温度变化量与第一温度的差值的绝对值大于第一阈值，或者第一井段的压强变化量与第一压强的差值的绝对值大于第二阈值的情况下，将第一温度作为第一井段的温度变化量、将第一压强作为第一井段的压强变化量，从根据第一井段的前端的压强和温度、第一井段的压强变化量和温度变化量，计算得到第一井段的平均压强和平均温度的步骤开始执行。

43、在一些实施例中，根据第一井段的前端的压强和温度、综合传热系数和热力学性质数据，计算得到第一井段的平均压强和平均温度，包括：

44、获取第一井段的深度，第一井段的深度是指第一井段的前端点到第一井段的后端点之间的距离；

45、根据第一井段的深度、第一井段的前端点的压强和温度、综合传热系数和热力学性质数据，计算得到第一井段的前端点到第一井段的后端点之间的压强增量和温度增量；

46、根据第一井段的前端点的压强和温度、第一井段的前端点到第一井段的后端点之间的压强增量和温度增量，计算得到第一井段的平均压强和平均温度。

47、在一些实施例中，方法还包括：

48、根据第一井段的前端点的压强和温度、第一井段的前端点到第一井段的后端点之间的压强增量和温度增量，计算得到第一井段的后端点的压强和温度；

49、将第一井段的后端点的压强和温度，确定为新的第一井段的前端点的压强和温度。

50、在一些实施例中，油管的尺寸参数包括油管的外径、内径和外壁的厚度，套管的尺寸参数包括套管的外径、内径和内壁的厚度，油管的温度包括油管的外壁温度，套管的温度包括套管的内壁温度，目标注入井的尺寸参数包括目标注入井的半径；该方法还包括：

51、根据油管的外径、内径和环空内流体的当量导热系数，计算得到环空流体热换流系数；

52、根据油管的外壁温度、套管的内壁温度、油管的外壁的厚度、套管的内壁的厚度、辐射角系数和斯蒂芬-玻尔兹曼常数，计算得到环空热辐射传热系数；

53、根据套管的外径、目标注入井的半径和水泥环导热系数，计算得到环空对流传热系数；

54、根据环空流体热换流系数、环空热辐射传热系数和环空对流传热系数，计算得到综合传热系数。

55、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种二氧化碳注气参数优化装置，装置包括：

56、模型构建模块，用于构建目标注入井的温度梯度计算模型和压强梯度计算模型；

57、参数获取模块，还用于根据目标注入井的尺寸参数、油管的尺寸参数和温度、套管的尺寸参数和温度，计算二氧化碳注入目标注入井的综合传热系数；

58、参数获取模块，还用于根据综合传热系数、温度梯度计算模型、压强梯度计算模型和二氧化碳的热力学性质数据，对目标注入井进行二氧化碳流体注入过程的流动模拟，得到目标注入井的温压剖面数据；其中，温压剖面数据包括目标注入井的多个横向剖面分别对应的二氧化碳的温度数据和压强数据；

59、函数构建模块，用于构建注入参数优化函数，其中，注入参数优化函数包括待优化参数，待优化参数包括井身结构参数和流体注入参数，井身结构参数包括油管的内径和外径以及套管的内径和外径，流体注入参数包括二氧化碳的注入压强、注入温度和注入流量；

60、范围确定模块，用于基于目标注入井井底的目标温度范围和目标压强范围，确定每个待优化参数的取值范围，并对种群进行初始化得到初始化种群，初始化种群中的每个个体包含一组待优化参数；

61、参数优化模块，用于基于初始化种群和温压剖面数据，采用非支配排序遗传算法，生成注入参数优化函数的最优解，最优解包含优化后的一组待优化参数。

62、在一些实施例中，参数优化模块，用于：

63、基于温压剖面数据和注入参数优化函数，得到种群中的各个个体分别对应的适应度，适应度用于表示待优化参数的预测准确度；

64、根据种群中的各个个体分别对应的适应度，对种群进行非支配排序；

65、按照非支配排序的排序结果，将种群中的个体划分为多个层级；

66、对于每一个层级，计算对应的拥挤度，拥挤度用于指示层级中个体分布的集中程度；

67、根据非支配排序的排序结果和各个层级分别对应的拥挤度，更新种群；

68、从基于温压剖面数据和注入参数优化函数，得到种群中的各个个体分别对应的适应度的步骤开始执行，直到达到停止条件，得到注入参数优化函数的最优解，以及得到注入参数优化函数取最优解时对应的一组待优化参数的取值。

69、在一些实施例中，注入参数优化函数根据下述公式进行表示：

70、，

71、为待优化参数，各个待优化参数的范围如下：

72、，

73、其中，f为注入参数优化函数，q为二氧化碳的注入流量，t0为二氧化碳的注入温度，p0为二氧化碳的注入压强，、、、分别为油管的内径、油管的外径、套管的内径、套管的外径，tm为目标注入井井底的温度，pm为目标注入井井底的压强，为目标注入井井底的目标温度，为目标注入井井底的目标压强，、分别为二氧化碳注入目标注入井时的最小流量与最大流量，、分别为二氧化碳注入目标注入井时的最低温度和最高温度，、分别为二氧化碳注入目标注入井时的最小压强和最大压强。

74、在一些实施例中，装置还包括：

75、雷诺数获取模块，用于获取二氧化碳在目标注入井内各个区域分别对应的雷诺数re；

76、摩阻计算模块，用于根据二氧化碳在目标注入井内各个区域分别对应的雷诺数re，计算二氧化碳在目标注入井内各个区域与油管之间的摩阻系数；

77、模型生成模块，用于基于二氧化碳在目标注入井内各个区域与油管之间的摩阻系数，得到压强梯度计算模型。

78、在一些实施例中，在re小于2300的情况下，摩阻系数的计算方式为：

79、；

80、在re大于或等于2300、且re小于或等于3400的情况下，摩阻系数的计算方式为：

81、；

82、在re大于3400、且re小于2×106的情况下，摩阻系数的计算方式为：

83、；

84、在re大于2×106的情况下，摩阻系数的计算方式为：

85、；

86、其中，f为摩阻系数，ε为油管的平均粗糙度，re为二氧化碳流体的雷诺数，r1为油管的内径。

87、在一些实施例中，目标注入井包括m个井段，m为大于1的整数；该装置还包括数据生成模块，用于：

88、获取m个井段中的第一井段的前端的压强和温度，初始化的第一井段为m个井段中从前往后数的第一个井段；

89、根据第一井段的前端的压强和温度、综合传热系数和热力学性质数据，计算得到第一井段的压强变化量和温度变化量；

90、根据第一井段的前端的压强和温度、第一井段的压强变化量和温度变化量，计算得到第一井段的平均压强和平均温度；

91、根据第一井段的平均压强和平均温度，计算第一井段内二氧化碳的物性参数和相态类型，物性参数包括压强和温度；

92、基于第一井段内二氧化碳的物性参数和相态类型，采用温度梯度计算模型，生成第一井段内二氧化碳的第一温度；

93、基于第一井段内二氧化碳的物性参数和相态类型，采用压强梯度计算模型，生成第一井段内二氧化碳的第一压强；

94、在第一井段的温度变化量与第一温度的差值的绝对值小于或等于第一阈值，且第一井段的压强变化量与第一压强的差值的绝对值小于或等于第二阈值的情况下，将第一井段的下一个井段确定为新的第一井段，从根据第一井段的前端的压强和温度、综合传热系数和热力学性质数据，计算得到第一井段的平均压强和平均温度的步骤开始执行，直至第一井段为m个井段中的最后一个井段，生成温压剖面数据；

95、在第一井段的温度变化量与第一温度的差值的绝对值大于第一阈值，或者第一井段的压强变化量与第一压强的差值的绝对值大于第二阈值的情况下，将第一温度作为第一井段的温度变化量、将第一压强作为第一井段的压强变化量，从根据第一井段的前端的压强和温度、第一井段的压强变化量和温度变化量，计算得到第一井段的平均压强和平均温度的步骤开始执行。

96、在一些实施例中，数据生成模块，用于：

97、获取第一井段的深度，第一井段的深度是指第一井段的前端点到第一井段的后端点之间的距离；

98、根据第一井段的深度、第一井段的前端点的压强和温度、综合传热系数和热力学性质数据，计算得到第一井段的前端点到第一井段的后端点之间的压强增量和温度增量；

99、根据第一井段的前端点的压强和温度、第一井段的前端点到第一井段的后端点之间的压强增量和温度增量，计算得到第一井段的平均压强和平均温度。

100、在一些实施例中，数据生成模块，用于：

101、根据第一井段的前端点的压强和温度、第一井段的前端点到第一井段的后端点之间的压强增量和温度增量，计算得到第一井段的后端点的压强和温度；

102、将第一井段的后端点的压强和温度，确定为新的第一井段的前端点的压强和温度。

103、在一些实施例中，油管的尺寸参数包括油管的外径、内径和外壁的厚度，套管的尺寸参数包括套管的外径、内径和内壁的厚度，油管的温度包括油管的外壁温度，套管的温度包括套管的内壁温度，目标注入井的尺寸参数包括目标注入井的半径；该装置还包括系数计算模块，用于：

104、根据油管的外径、内径和环空内流体的当量导热系数，计算得到环空流体热换流系数；

105、根据油管的外壁温度、套管的内壁温度、油管的外壁的厚度、套管的内壁的厚度、辐射角系数和斯蒂芬-玻尔兹曼常数，计算得到环空热辐射传热系数；

106、根据套管的外径、目标注入井的半径和水泥环导热系数，计算得到环空对流传热系数；

107、根据环空流体热换流系数、环空热辐射传热系数和环空对流传热系数，计算得到综合传热系数。

108、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种计算机设备，计算机设备包括处理器和存储器，存储器中存储有计算机程序，计算机程序由处理器加载并执行以实现上述二氧化碳注气参数优化方法。

109、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序由处理器加载并执行以实现上述二氧化碳注气参数优化方法。

110、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序由处理器加载并执行以实现上述二氧化碳注气参数优化方法。

111、本技术实施例提供的技术方案可以包括如下有益效果：

112、通过构建目标注入井的温度梯度计算模型和压强梯度计算模型，进而结合目标注入井的综合传热系数和二氧化碳的热力学性质数据，对目标注入井进行二氧化碳注入过程的流动模拟，使得该流动模拟更符合真实的二氧化碳注入过程；并基于该流动模拟，得到目标注入井的稳压剖面数据，进而构建注入参数优化函数，利用目标注入井井底的目标温度范围和目标压强范围，结合非支配排序遗传算法对注入参数优化函数进行优化运算，得到包含优化后的一组待优化函数的最优解，利用该最优解可以指导目标注入井的二氧化碳注入。该方法通过模拟二氧化碳注入结合对注入参数优化函数进行优化运算，便于确定二氧化碳的合理注入策略，使得二氧化碳注入策略的制定难度降低，有利于提高注入井的碳埋存效果和驱油效果。

113、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。

技术特征：

1.一种二氧化碳注气参数优化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述初始化种群和所述温压剖面数据，采用非支配排序遗传算法，生成所述注入参数优化函数的最优解，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注入参数优化函数根据下述公式进行表示：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

6.一种二氧化碳注气参数优化装置，其特征在于，所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述注入参数优化函数根据下述公式进行表示：

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现上述权利要求1至5任一项所述的二氧化碳注气参数优化方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现上述权利要求1至5任一项所述的二氧化碳注气参数优化方法。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现上述权利要求1至5任一项所述的二氧化碳注气参数优化方法。

技术总结
本申请实施例提供了一种二氧化碳注气参数优化方法、装置、设备及存储介质，涉及油气开采技术领域。所述方法包括：计算二氧化碳注入目标注入井的综合传热系数；根据综合传热系数、温度梯度计算模型、压强梯度计算模型和二氧化碳的热力学性质数据，得到目标注入井的温压剖面数据；构建注入参数优化函数，待优化参数包括井身结构参数和流体注入参数；确定每个待优化参数的取值范围，并对种群进行初始化得到初始化种群，初始化种群中的每个个体包含一组待优化参数；采用非支配排序遗传算法，生成注入参数优化函数的最优解，最优解包含优化后的一组待优化参数。采用本申请实施例提供的技术方案，能够提高注入井的碳埋存效果和驱油效果。

技术研发人员：张雅楠,马亮,李宏宏,张玉威,刘贺,刘星,孙国宝,陈伟杰,高亮,赵亮
受保护的技术使用者：昆仑数智科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5