基于主成分分析和代理模型的油藏生产注采优化方法
发布时间：2021-08-06 15:15
针对油藏注采优化变量多,直接使用代理模型优化结果变差的问题,提出基于主成分分析和代理模型的油藏生产注采优化方法,代理模型通过对油藏数值模拟器采样,构建速度快、逼近原数值模拟模型精度的数学模型。通过主成分分析对数据进行降维,而后借助基于代理模型的差分进化算法进行优化,最终得到实际生产优化问题的调控方案,并应用SADE-PCA方法对Egg模型进行实例计算。结果表明:提出的基于主成分分析的代理辅助进化算法,在保证精度的前提下,可有效降低变量的维数,解决油藏大规模变量注采优化的难题;优化的注采方案能够有效增油控水,提高油田的经济效益;插值控制方法（ICM）在实现平滑的调控方案和提高计算效率方面具有良好性能。
【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
基于LCB动态加点策略的代理模型优化过程示意图
代理模型的优化过程比传统的进化算法更有效,但当处理油藏注采优化问题时,由于优化变量过多导致参数优化搜索空间巨大,代理模型对油藏数值模拟器的近似能力大大降低。当直接使用基于代理模型的差分进化算法(SADE)进行优化时,由于变量过多,直接采用代理模型进行优化会导致参数优化搜索空间巨大难以构建高精度的代理模型,即少量样本点无法建立足够精度的代理模型。为了利用低维空间中的基于代理模型的优化方法,在建立代理模型之前,利用主成分分析将数据从高维空间转换为低维空间。随后,利用低维数据构建更高精度的克里金代理模型。因此搜索可以集中在由代理模型引导的适应度高的小区域。SADE-PCA算法的流程如图2所示。3 计算实例
基于油藏数值模拟软件Eclipse,以油藏实例Egg模型[28]为例,应用SADE-PCA算法进行测试,并与传统进化算法和直接代理优化算法进行比较。Egg模型是一个在水驱生产下的非均质油藏模型,有18 553个有效网格,共有8口注水井和4口生产井。模型渗透率及井位分布如图3所示。模型详细说明见文献[28]。生产井以39.5 MPa的井底压力定压生产。需要优化的控制变量为8口注水井的注水速率。每口井的最大允许注水速度为79.5 m3/d,最小速度为0 m3/d。原油价格为80.0元/m3,注水成本为5.0元/m3,水处理成本为19.0元/m3,平均年利率为0%。要优化的变量数为注水井数乘以控制步数。一般控制步数越多,优化越有效,即获得更高的净现值。控制步数越多,则具有更大的自由度,优化问题能够实现更高的净现值。然而,控制变量数增多意味着迭代次数增加才能收敛,优化算法需要更多的计算资源才能收敛。Sorek等[29]引入了一种函数控制方法(FCM)和插值控制方法(ICM)以减少计算量,实现适合油田实际应用的平滑注采调控。ICM方法通过选择几个等距插值点作为优化变量以表示沿时间范围的井控变量,其他井控变量通过三次样条插值确定,ICM方法示意图如图4所示。本文中利用插值控制方法缓解由控制时间步数量引起的优化效率和精度的矛盾,减少优化变量数目,并提供平滑的井控方案。Egg模型的总生产周期为3 600 d,模拟生产时间步长设为90 d。因此需要优化的变量总数为8×40=320。选择对每口井用10个插值点进行控制优化,控制变量的数量减少到8×10=80。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进的同步扰动随机逼近算法的聚表二元驱优化[J]. 张凯,张秀清,张黎明,张进,孙海,黄朝琴,姚军. 中国石油大学学报(自然科学版). 2017(05)
[2]无梯度多参数自动历史拟合方法[J]. 张凯,路然然,周文胜,姚军,潘彩霞,沙雁红. 中国石油大学学报(自然科学版). 2014(05)
[3]基于序列二次规划算法的油藏动态配产配注优化[J]. 张凯,路然然,张黎明,张龙,姚军. 油气地质与采收率. 2014(01)
[4]油藏生产优化理论研究[J]. 张凯,李阳,姚军,刘均荣,闫霞. 石油学报. 2010(01)
[5]埕岛油田6A+B区块油藏动态调控[J]. 张凯,姚军,刘顺,段友智,陈小飞,赵政权. 中国石油大学学报(自然科学版). 2009(06)
[6]差分进化算法研究进展[J]. 刘波,王凌,金以慧. 控制与决策. 2007(07)
博士论文
[1]油藏开发闭合生产优化理论研究[D]. 赵辉.中国石油大学 2011
本文编号：3326009
【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
基于LCB动态加点策略的代理模型优化过程示意图
代理模型的优化过程比传统的进化算法更有效,但当处理油藏注采优化问题时,由于优化变量过多导致参数优化搜索空间巨大,代理模型对油藏数值模拟器的近似能力大大降低。当直接使用基于代理模型的差分进化算法(SADE)进行优化时,由于变量过多,直接采用代理模型进行优化会导致参数优化搜索空间巨大难以构建高精度的代理模型,即少量样本点无法建立足够精度的代理模型。为了利用低维空间中的基于代理模型的优化方法,在建立代理模型之前,利用主成分分析将数据从高维空间转换为低维空间。随后,利用低维数据构建更高精度的克里金代理模型。因此搜索可以集中在由代理模型引导的适应度高的小区域。SADE-PCA算法的流程如图2所示。3 计算实例
基于油藏数值模拟软件Eclipse,以油藏实例Egg模型[28]为例,应用SADE-PCA算法进行测试,并与传统进化算法和直接代理优化算法进行比较。Egg模型是一个在水驱生产下的非均质油藏模型,有18 553个有效网格,共有8口注水井和4口生产井。模型渗透率及井位分布如图3所示。模型详细说明见文献[28]。生产井以39.5 MPa的井底压力定压生产。需要优化的控制变量为8口注水井的注水速率。每口井的最大允许注水速度为79.5 m3/d,最小速度为0 m3/d。原油价格为80.0元/m3,注水成本为5.0元/m3,水处理成本为19.0元/m3,平均年利率为0%。要优化的变量数为注水井数乘以控制步数。一般控制步数越多,优化越有效,即获得更高的净现值。控制步数越多,则具有更大的自由度,优化问题能够实现更高的净现值。然而,控制变量数增多意味着迭代次数增加才能收敛,优化算法需要更多的计算资源才能收敛。Sorek等[29]引入了一种函数控制方法(FCM)和插值控制方法(ICM)以减少计算量,实现适合油田实际应用的平滑注采调控。ICM方法通过选择几个等距插值点作为优化变量以表示沿时间范围的井控变量,其他井控变量通过三次样条插值确定,ICM方法示意图如图4所示。本文中利用插值控制方法缓解由控制时间步数量引起的优化效率和精度的矛盾,减少优化变量数目,并提供平滑的井控方案。Egg模型的总生产周期为3 600 d,模拟生产时间步长设为90 d。因此需要优化的变量总数为8×40=320。选择对每口井用10个插值点进行控制优化,控制变量的数量减少到8×10=80。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进的同步扰动随机逼近算法的聚表二元驱优化[J]. 张凯,张秀清,张黎明,张进,孙海,黄朝琴,姚军. 中国石油大学学报(自然科学版). 2017(05)
[2]无梯度多参数自动历史拟合方法[J]. 张凯,路然然,周文胜,姚军,潘彩霞,沙雁红. 中国石油大学学报(自然科学版). 2014(05)
[3]基于序列二次规划算法的油藏动态配产配注优化[J]. 张凯,路然然,张黎明,张龙,姚军. 油气地质与采收率. 2014(01)
[4]油藏生产优化理论研究[J]. 张凯,李阳,姚军,刘均荣,闫霞. 石油学报. 2010(01)
[5]埕岛油田6A+B区块油藏动态调控[J]. 张凯,姚军,刘顺,段友智,陈小飞,赵政权. 中国石油大学学报(自然科学版). 2009(06)
[6]差分进化算法研究进展[J]. 刘波,王凌,金以慧. 控制与决策. 2007(07)
博士论文
[1]油藏开发闭合生产优化理论研究[D]. 赵辉.中国石油大学 2011
本文编号：3326009
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3326009.html
