聚合物驅提高原油採收率的動態規劃方法
2023-05-24 15:40:01
專利名稱：聚合物驅提高原油採收率的動態規劃方法
技術領域：
本技術涉及工業優化技術，尤其是一種聚合物驅提高原油採收率的動態規劃方法。
背景技術：
當今世界範圍內，利用活性水開發技術，石油的採收率大約在30-60%之間，仍有約65-70%的原始石油儲量在油藏中。石油作為不可再生的能源，儲量有限，提高石油採收率顯得極為迫切，國內外的專家學者對此進行了大量研究。多數發達國家高度重視和支持提高採收率方法及基礎研究，眾所周知聚合物驅能夠大幅度提高原油採收率。在國內，聚合物驅油技術在大港、勝利、大慶等油田也展開了研究。聚合物驅的投入高，生產周期長，風險大等特點決定了它需要在真正投入實施前進行大量的前期試驗，從而預測各因素和各方案對提高原油採收率的影響，為最終方案的確定提供參考數據。也正是基於此，若能夠科學地設計聚合物驅開發方案，並且將礦場的實際情況也考慮在內顯得非常重要。對於提高原油採收率開發方案的優化方法，通過大量的國內外文獻調研發現，動態規劃理論是確定開發方案的一種有效的方法，可實現方案的優化過程自動化，過程的連續尋優，對多變量同步優化，支配方程、目標泛函、約束條件可公式化等。動態規劃方法通常將原油開採過程的滲流流體力學方程作為支配方程，將採收率或經濟效益作為目標函數， 注入井和生產井的注採參數作為控制變量，最終通過對動態規劃問題求解得到最優的設計方案。早在1958年Aronofsky和Lee就應用了優化方法來研究油田開發的決策問題，但是這些研究仍處於探索階段，在油田開發決策中應用優化方法仍沒有得到足夠重視。1985 年之後，隨著計算機技術、優化方法的迅猛發展以及油田開發的迫切需要，前蘇聯、美國和我國等一些研究機構開始積極地應用優化技術研究油田開發中遇到的各種問題，依據所研究問題模型的不同，線性規劃、非線性規劃、隨機規劃、模糊規劃、動態規劃、最優控制、遺傳算法等優化方法均在油田開發決策問題中得到應用。Leon Lasdon運用非線性規劃中的BTOS法求解了氣藏的產量分配問題。葛家理研究了成組氣田開發優化配產的非線性混合整數規劃模型。北京石油勘探開發研究院的齊與峰對注水開發油田穩產規劃自適應模型進行了研究。Raphad Amit則建立了包含一次和二次採油的兩階段的動態規劃模型。聚合物驅提高採收率問題中採用動態規劃技術具有重要的理論與實際意義。由於聚合物驅模型為強非線性的三維分布參數模型，模型求解十分複雜，基於動態規劃理論，採用迭代動態規劃方法可以獲得全局最優的聚合物開發方案。且動態規劃方法容易實現並行化，意味著該方法可以在大規並行機群上實現。目前國內關於聚合物驅提高採收率的動態規劃方法的專利尚無。
發明內容
為解決聚合物驅的最優注採問題，本發明提出了基於動態規劃的開發方案優化方 法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是聚合物驅提高原油採收率的動態規劃方法研究，所述的聚合物驅動態規劃方法包括以下步驟1、聚合物驅提高原油採收率的離散動態規劃模型將整個油藏離散化為nb個網格，其中各個網格標號為i，i = l，2，...nb。連續性能指標中的注入項qin和產油項fwq。ut均可以用井的實際注入量(^和產油量A表示。設油藏區塊有Nw 口注入井和Np 口生產井，其序號集合分別為！^和！^廣令控制向量1^ =…，·^…，!^]7』 表示各水井的聚合物注入濃度，其中、表示第j 口注入井聚合物的注入濃度cpinu= 1，
2，. . .，Nw，則聚合物驅的離散最優控制模型可以表示為
模型中的τη表示離散時間步長(d)，其中η= 1，...，P，ξ。分別為聚合物的價格係數(萬元/kg)和原油的價格係數(萬元/m3)，r為折現率，+ 為折現係數，r 為年折現率，tn為時間(年)。性能指標J為累積淨現值。式O)為離散的聚合物驅滲流物理方程，Uefx3表示離散的狀態向量，即U= (p，Sw, cp)T，其中ρ表示油藏壓力，Sw表示含水飽和度，cp表示聚合物濃度，式( 為聚合物驅滲流物理方程組，式C3)為聚合物的用量約束，式(4)為聚合物注入濃度約束。2、求解聚合物驅動態規劃問題的迭代動態規划算法對於離散聚合物驅動態規劃模型，可採用迭代動態規劃方法進行求解，其具體求解步驟為1)將聚合物驅的整個注聚過程分為P個離散時間段；
權利要求
1.一種聚合物驅提高原油採收率的動態規劃方法，其特徵在於所述動態規劃方法包括以下步驟1)、建立聚合物驅提高原油採收率的離散動態規劃模型；2)、基於迭代動態規劃求解聚合物驅動態規劃問題；3)、利用級長可變迭代動態規劃處理自由時間問題。
2.根據權利要求1所述的聚合物驅提高原油採收率的動態規劃方法，其特徵是，步驟1)中，所述建立聚合物驅提高原油採收率的離散動態規劃模型，具體為根據油藏中原油的滲流機理和聚合物驅油機理，建立三維油藏聚合物驅油模型；以淨現值最大為指標，考慮聚合物用量約束和注入濃度約束；採用全隱式差分將問題離散化，獲得聚合物驅提高原油採收率的離散動態規劃模型，具體為max J = XJ" =Xr"(ξ0 Σ Q。"A ~ Σ S >；)(1 + r)""n=\n=\JeKpjetcwS. t.gn(un+1，un, Vn, n) = 0, YjTnYQnjV^mpmm,0 ν ^ vmax,UnIn = O = U°.
3.根據權利要求1所述的聚合物驅提高原油採收率的動態規劃方法，其特徵是，步驟2)中，所述基於迭代動態規劃求解聚合物驅動態規劃問題，具體為1)將聚合物驅的整個注聚過程分為P個離散時間段；2)選取初始狀態網格數N，控制網格數R，收縮因子γ和最大迭代次數；給定各離散時間段的初始最優決策變量/00，1^=1，2，...，？，選取搜索區域1~(10 ；令迭代步數j =0;3)在各離散時間段內產生R個決策變量Vi(k)，i = 1，. . .，R，通過有限差分方法聯立求解系統滲流物理方程得到每個離散時間段的N個狀態網格；4)根據Bellman最優性原理，從末端時間段起依次向前計算，獲得本次迭代各離散時間段上的最優決策變量/(k)；5)重新修正尋優區間r(k)= Yr(k)，返回(3)步直到滿足最大迭代次數。
4.根據權利要求1所述的聚合物驅提高原油採收率的動態規劃方法，其特徵是，步驟3)中，所述利用級長可變迭代動態規劃處理自由時間問題，具體為步驟一將整個動態系統離散化為P個相同長度時間段，各離散階段長度均為L ； 步驟二 在給定的尋優區間rin內選取R個決策變量，在初始級長容許域Sin內選擇初始級長；選取收縮參數r和還原參數η，給定最大的循環次數Ntimax以及最大迭代次數Njmax ； 步驟三令每次循環的次數為q，並令q = 1 ；設每次迭代的代數為j，令j = 1 ； 步驟四選取本次迭代的尋優區間r = Jl^rin, s = Jlq-1Sin ； 步驟五根據本次迭代獲得的決策變量以及系統的初始狀態值，前向求解支配方程 (聚合物驅滲流物理方程)得到本次迭代各離散時間段的系統狀態值u (k)，k = 1，. . .，P ； 步驟六設當前離散段數為P，更新階段數令k = P-I ；在允許尋優區域r和s內，取R 個可行決策變量，包括控制的值和級長u (P) = u*J (P) +Drj (P)， At(P) = Δ t*J (P) + ω sJ (P),其中D為mXm維的矩陣，其元素為-1到+1間的隨機數。ω為-1到+1間的隨機數。 v*J(P)為控制的最優值，At*J(P)為級長的最優值，兩者均為當前迭代步特殊網格節點獲得的值；根據產生的決策變量、已有的系統狀態u(k)和該階段之後的各時間段的最優決策變量，求解獲得該階段之後每個階段的系統狀態，然後計算目標函數J，即取得該階段的最優決策變量(k)；階段計數減1，即k = k-Ι ；如果k = 0當前循環的迭代結束； 步驟七為下一步迭代做準備，收縮容許域 rJ+1 (k) = yrJ(k), k = 1,2,…P sJ+1 (k) = y sJ(k), k = 1,2, ...P 其中Y為收縮因子，j為迭代索引；令當前迭代次數加1，即j = j+1 ；達到最大次數後結束，更新j = 1 ； 步驟八令q = q+1 ；若達到最大循環次數Niliax，結束整個迭代步驟。
全文摘要
聚合物驅是一種重要的三次採油技術，但聚合物價格昂貴，見效期相對滯後。為了科學地制定開發方案，獲得更好的經濟效益，本發明基於動態規劃技術提出了一種聚合物驅開發方案優化設計方法。聚合物驅方案優化可具體描述為一個帶有狀態和控制不等式約束的分布參數系統動態規劃問題。針對固定段塞長度注入優化問題，提出了一種基於迭代動態規劃的數值求解算法，將聚合物驅注採過程從時間和空間兩個角度進行離散，利用迭代的方式補償離散化帶來的誤差。針對段塞長度不固定的注入優化問題，提出了一種級長可變的迭代動態規劃數值求解算法，能夠同時優化注入濃度和段塞長度。本發明在勝利油田孤東八區井組投入使用，顯著提高了聚合物驅的經濟效益。
文檔編號G06F17/50GK102419786SQ20111031685
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者張強, 張曉東, 李樹榮, 郭蘭磊, 雷陽 申請人:中國石油大學(華東)