基于人工鱼群算法的油田注水系统运行优化研究

论文摘要

人工鱼群算法是将基于行为的人工智能思想通过动物自治体的模式引入到优化问题中,而提出的一种智能优化算法。该算法只需要比较目标函数值,对目标函数的性质要求不高,对初值的要求也不高,具有全局寻优的能力,寻优速度较快。油田注水系统运行优化问题是在整个系统的服务要求给定的情况下,确定注水泵的开启状态及其运行参数,使其满足系统配注要求,并能达到降低能损耗的目的。油田注水系统运行优化问题是一个含有0-1整型变量和连续变量的混合变量的优化问题,涉及的变量数目较多,一般可达到几十个甚至上百个,等式和不等式约束条件的数目多达几百个甚至上千个,因此对其进行求解比较困难。由于油田注水系统运行优化问题的混合变量使得问题的求解比较困难,本文研究了只以注水站的总流量为设计变量的优化问题。采用了改进的模式搜索算法以及改进的人工鱼群算法进行求解,并对两种算法进行了比较分析。本文对人工鱼群算法进行了改进,用于求解含有0-1整型变量和连续变量的混合变量优化问题。设计了一种两层人工鱼群算法,用内外两层人工鱼的状态分别表示0-1整型变量和连续变量,一种一层人工鱼群算法,只用一层人工鱼的状态表示0-1整型变量和连续变量,将两种不同的改进算法用于求解同一个注水系统运行优化问题,并对两种改进算法进行比较和分析。油田注水系统运行优化是含有约束条件的优化问题,由于约束条件的存在,使得优化算法往往因为约束条件的限制而寻找不到最优解或者没有找到最优解而直接退出。本文采用了罚函数方法将该问题转化为无约束优化问题,并结合改进的人工鱼群算法对转化后的无约束优化问题进行了求解。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 1. 课题的目的和意义
• 2. 目前研究现状
• 3. 主要研究内容
• 第一章 油田注水系统及计算机仿真
• 1.1 油田注水系统的基本组成
• 1.2 油田注水系统运行优化的数学模型
• 1.2.1 节点方程模型
• 1.2.2 环路方程模型
• 1.3 注水泵的数学模型
• 1.4 注水系统的计算机仿真
• 1.4.1 注水系统的静态仿真（管网工况计算）
• 1.4.2 注水系统的动态仿真
• 第二章 人工鱼群算法
• 2.1 人工智能
• 2.2 人工鱼群算法
• 2.3 各参数对收敛性能的影响分析
• 2.4 算法比较
• 2.5 小结
• 第三章 油田注水系统的泵站流量优化问题
• 3.1 油田注水系统运行优化的直接搜索法——模式搜索法
• 3.1.1 模式搜索算法
• 3.1.2 对算法的改进
• 3.2 油田注水系统运行优化的人工鱼群算法
• 3.3 计算实例
• 3.4 小结
• 第四章 油田注水系统运行优化的直接优化方法
• 4.1 人工鱼群的两层优化算法
• 4.1.1 外层人工鱼
• 4.1.2 内层人工鱼
• 4.1.3 算法描述
• 4.1.4 实例计算
• 4.2 人工鱼群算法的一层混合变量优化
• 4.2.1 一层人工鱼
• 4.2.2 算法描述
• 4.2.3 实例计算
• 4.3 无约束优化
• 4.3.1 二次罚函数方法
• 4.3.2 油田注水系统运行优化的无约束数学模型
• 4.3.3 油田注水系统运行优化无约束数学模型的求解
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要