油田注水系统智能优化方法研究

论文摘要

注水驱油是油田开发中一种十分重要的开采方式,注水系统是由若干注水站、配水间、注水井等节点,以及连接各节点之间的管线组成的一个连续的、密闭的水力系统,系统中各组成部分相互制约、相互影响,形成一个不可分割的整体。由于油田注水系统的优化是涉及离散拓扑优化、组合优化、非线性参数优化等在内的十分复杂的大型混合优化设计问题,其中有些子问题属于NP难题,传统的优化设计方法无法获得较好的优化效果,导致目前油田注水系统的优化仍然停留在人工凭经验进行设计的阶段。随着优化技术的不断发展,以遗传算法、模拟退火算法等为代表的智能优化方法以其高效的优化性能、无需问题特殊信息、具有全局搜索能力等优点,受到了各领域的广泛关注和应用,成为解决工程难解问题的有力工具,也为油田注水系统的优化设计提供了一定的手段。本文拟在对油田注水系统进行深入分析研究的基础上,根据实际问题需要建立相应的数学模型,采用智能优化方法进行求解,通过设计适当的算法和编制相应的软件实现该系统的优化设计。论文主要研究了以下内容:在对注水系统的结构特点进行深入分析的基础上,建立了树状注水系统管网拓扑优化数学模型,根据模型的特点把问题划分为分配层和几何层两层,在分配层,通过整数编码遗传算法确定注水井与配水间的归属关系,在几何层,利用传统非线性优化方法优化出各配水间的最佳位置。建立了环状注水系统管网优化数学模型,提出了采用二进制编码和整数编码相结合的双重编码混合遗传算法同时对管网连接方式和管径组合进行优化设计,最大限度的降低管网投资,并给出了具体的染色体编码和遗传操作方法。在对不考虑变频调速和考虑变频调速时的注水系统进行分析的基础上,以系统能耗最小为目标函数,建立各自的运行参数优化数学模型,采用实数编码遗传算法进行求解,并在考虑变频调速时的参数优化中利用等效率曲线的特性,给出了最佳变频位置的确定方法。建立了复杂注水系统运行方案优化数学模型,针对优化问题需要同时解决注水泵的开停状态及其排量两个问题,提出了采用二进制编码和实数编码相结合的双重编码遗传算法进行求解。在本文的遗传算法操作过程中,针对遗传算法的局限性,调整了适应函数,改进了交叉和变异操作,结合了模拟退火算法,给出了初温的确定方法,并根据各类问题的特

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 智能优化的研究意义
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 遗传算法与模拟退火算法原理及改进
• 2.1 遗传算法概述
• 2.2 模拟退火算法概述
• 2.3 混合遗传算法
• 2.4 约束条件的处理
• 第三章 油田注水系统仿真计算
• 3.1 油田注水系统的组成
• 3.2 油田注水系统单元数学模型
• 3.3 注水系统仿真计算
• 第四章 树状注水系统管网拓扑优化
• 4.1 拓扑优化数学模型
• 4.2 应用混合遗传算法进行模型求解
• 4.3 管网拓扑优化算例
• 4.4 本章小结
• 第五章 环状注水系统的管网优化
• 5.1 环状注水系统管网优化数学模型
• 5.2 双重编码遗传算法进行模型求解
• 5.3 管网优化算例
• 5.4 本章小结
• 第六章 不考虑变频调速的注水系统运行参数优化
• 6.1 目标函数的建立
• 6.2 应用改进遗传算法进行模型求解
• 6.3 不考虑变频调速运行参数优化算例
• 6.4 本章小结
• 第七章 考虑变频调速的注水系统运行参数优化
• 7.1 变频调速原理简介
• 7.2 目标函数的建立
• 7.3 应用改进遗传算法进行模型求解
• 7.4 考虑变频调速运行参数优化算例
• 7.5 本章小结
• 第八章 多源注水系统运行方案优化
• 8.1 建立目标函数
• 8.2 应用双重编码遗传算法进行模型求解
• 8.3 运行方案优化算例
• 8.4 本章小结
• 第九章 油田注水系统智能优化设计软件
• 9.1 软件设计方法简介
• 9.2 软件的开发运行环境
• 9.3 软件模块结构及功能
• 9.4 本章小结
• 结论
• 论文主要创新点
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及参加的科研项目
• 新建目录项