油藏动态实时优化理论研究

论文摘要

经济高效开发已探明石油资源是油气田开发工作者追求的目标。实现的途径之一就是立足现有的生产条件让油藏开发动态实时处于最优状态。论文将油藏视为一个复杂的动态系统,以油藏开发生产净现值最大化为目标,通过求解描述油藏开发生产的数学模型,实时优化油藏的输入输出控制参数,获取最优的生产方案。鉴于油藏动态优化方法是一个复杂的、大规模优化问题,选用了效率较高的梯度优化算法,利用极大值原理计算所需的梯度,再进行线性搜索,进而优化控制参数。由于此计算过程相当复杂繁琐,为了节省运算时间,论文提出了一种与全隐式油藏模拟器相结合的改进伴随模型构建方法,在确保运算精度的前提下,提高了求解效率。获得梯度后,对比分析了随机扰动梯度近似算法(SPSA)与最速下降法的运算效率,研究表明:SPSA方法虽然简便且易于实现,但需要多次迭代计算才能收敛,而最速下降法迭代次数较少,计算效率更高。针对油藏动态实时优化过程中涉及多个线性和非线性约束条件,导致求解困难的问题,提出了一种将投影梯度算法与极大值原理和对数变换相结合的混合优化算法,实现了在满足多个线性和非线性约束条件的前提下快速求得约束梯度、实时优化控制参数的目标。本文提出的油藏动态实时优化算法,可用于优化油藏井位分布、生产参数(如井底流压、注入量、采油量等)。在理论与方法研究的基础上,给出了二维和三维油藏的应用实例,表明:基于优化结果获得的最优生产方案符合油田实际,为科学、合理、高效的开发油藏提供了理论和技术支撑。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及存在问题
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 研究内容及关键技术
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 关键技术
• 1.4 技术路线
• 第2章 油藏动态实时最优控制问题
• 2.1 最优化问题
• 2.1.1 模型的基本要素
• 2.1.2 最优化方法
• 2.1.3 最优化方法的应用
• 2.2 油藏动态实时最优控制问题描述
• 2.2.1 最优控制模型的一般形式
• 2.2.2 最优控制的性能指标
• 2.2.3 油藏动态实时优化最优控制问题
• 第3章 极大值原理生产优化
• 3.1 分布参数系统最优控制
• 3.1.1 分布参数系统最优控制的必要条件
• 3.1.2 极大值原理
• 3.1.3 离散时间系统的梯度法
• 3.2 离散极大值原理油藏生产优化
• 3.2.1 生产优化模型的梯度计算
• 3.2.2 梯度算法的改进
• 3.3 实例计算
• 3.3.1 均质油藏模型
• 3.3.2 非均质油藏模型
• 第4章 优化方法对比分析
• 4.1 最速下降法
• 4.1.1 基本原理
• 4.1.2 基本步骤
• 4.2 随机扰动梯度近似算法
• 4.3 实例对比
• 第5章 油藏动态约束生产优化
• 5.1 线性约束优化方法
• 5.2 非线性约束优化方法
• 5.2.1 非线性约束优化方法简介
• 5.2.2 投影梯度法
• 5.3 计算实例
• 第6章 井位优化
• 6.1 井位优化方法
• 6.2 计算实例
• 6.2.1 均质油藏模型
• 6.2.2 非均质油藏模型
• 第7章 实例分析
• 7.1 二维油藏模型
• 7.1.1 四采一注油井优化
• 7.1.2 四采一注油水井优化
• 7.1.3 四注一采油水井优化
• 7.1.4 四采一注油井实时优化
• 7.2 三维油藏模型
• 7.2.1 三维油藏模型优化
• 7.2.2 三维油藏模型实时优化
• 第8章 结论及建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 附录A 黑油模型全隐式求解方法
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 个人简历