专利名称：聚合物驱提高原油采收率的动态规划方法
技术领域：
本技术涉及工业优化技术，尤其是一种聚合物驱提高原油采收率的动态规划方法。
背景技术：
当今世界范围内，利用活性水开发技术，石油的采收率大约在30-60%之间，仍有约65-70%的原始石油储量在油藏中。石油作为不可再生的能源，储量有限，提高石油采收率显得极为迫切，国内外的专家学者对此进行了大量研究。多数发达国家高度重视和支持提高采收率方法及基础研究，众所周知聚合物驱能够大幅度提高原油采收率。在国内，聚合物驱油技术在大港、胜利、大庆等油田也展开了研究。聚合物驱的投入高，生产周期长，风险大等特点决定了它需要在真正投入实施前进行大量的前期试验，从而预测各因素和各方案对提高原油采收率的影响，为最终方案的确定提供参考数据。也正是基于此，若能够科学地设计聚合物驱开发方案，并且将矿场的实际情况也考虑在内显得非常重要。对于提高原油采收率开发方案的优化方法，通过大量的国内外文献调研发现，动态规划理论是确定开发方案的一种有效的方法，可实现方案的优化过程自动化，过程的连续寻优，对多变量同步优化，支配方程、目标泛函、约束条件可公式化等。动态规划方法通常将原油开采过程的渗流流体力学方程作为支配方程，将采收率或经济效益作为目标函数， 注入井和生产井的注采参数作为控制变量，最终通过对动态规划问题求解得到最优的设计方案。早在1958年Aronofsky和Lee就应用了优化方法来研究油田开发的决策问题，但是这些研究仍处于探索阶段，在油田开发决策中应用优化方法仍没有得到足够重视。1985 年之后，随着计算机技术、优化方法的迅猛发展以及油田开发的迫切需要，前苏联、美国和我国等一些研究机构开始积极地应用优化技术研究油田开发中遇到的各种问题，依据所研究问题模型的不同，线性规划、非线性规划、随机规划、模糊规划、动态规划、最优控制、遗传算法等优化方法均在油田开发决策问题中得到应用。Leon Lasdon运用非线性规划中的BTOS法求解了气藏的产量分配问题。葛家理研究了成组气田开发优化配产的非线性混合整数规划模型。北京石油勘探开发研究院的齐与峰对注水开发油田稳产规划自适应模型进行了研究。Raphad Amit则建立了包含一次和二次采油的两阶段的动态规划模型。聚合物驱提高采收率问题中采用动态规划技术具有重要的理论与实际意义。由于聚合物驱模型为强非线性的三维分布参数模型，模型求解十分复杂，基于动态规划理论，采用迭代动态规划方法可以获得全局最优的聚合物开发方案。且动态规划方法容易实现并行化，意味着该方法可以在大规并行机群上实现。目前国内关于聚合物驱提高采收率的动态规划方法的专利尚无。
发明内容
为解决聚合物驱的最优注采问题，本发明提出了基于动态规划的开发方案优化方 法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是聚合物驱提高原油采收率的动态规划方法研究，所述的聚合物驱动态规划方法包括以下步骤1、聚合物驱提高原油采收率的离散动态规划模型将整个油藏离散化为nb个网格，其中各个网格标号为i，i = l，2，...nb。连续性能指标中的注入项qin和产油项fwq。ut均可以用井的实际注入量(^和产油量A表示。设油藏区块有Nw 口注入井和Np 口生产井，其序号集合分别为！^和！^广令控制向量1^ =…，·^…，!^]7’ 表示各水井的聚合物注入浓度，其中、表示第j 口注入井聚合物的注入浓度cpinu= 1，
2，. . .，Nw，则聚合物驱的离散最优控制模型可以表示为
模型中的τη表示离散时间步长(d)，其中η= 1，...，P，ξ。分别为聚合物的价格系数(万元/kg)和原油的价格系数(万元/m3)，r为折现率，+ 为折现系数，r 为年折现率，tn为时间(年)。性能指标J为累积净现值。式O)为离散的聚合物驱渗流物理方程，Uefx3表示离散的状态向量，即U= (p，Sw, cp)T，其中ρ表示油藏压力，Sw表示含水饱和度，cp表示聚合物浓度，式( 为聚合物驱渗流物理方程组，式C3)为聚合物的用量约束，式(4)为聚合物注入浓度约束。2、求解聚合物驱动态规划问题的迭代动态规划算法对于离散聚合物驱动态规划模型，可采用迭代动态规划方法进行求解，其具体求解步骤为1)将聚合物驱的整个注聚过程分为P个离散时间段；
权利要求
1.一种聚合物驱提高原油采收率的动态规划方法，其特征在于所述动态规划方法包括以下步骤1)、建立聚合物驱提高原油采收率的离散动态规划模型；2)、基于迭代动态规划求解聚合物驱动态规划问题；3)、利用级长可变迭代动态规划处理自由时间问题。
2.根据权利要求1所述的聚合物驱提高原油采收率的动态规划方法，其特征是，步骤1)中，所述建立聚合物驱提高原油采收率的离散动态规划模型，具体为根据油藏中原油的渗流机理和聚合物驱油机理，建立三维油藏聚合物驱油模型；以净现值最大为指标，考虑聚合物用量约束和注入浓度约束；采用全隐式差分将问题离散化，获得聚合物驱提高原油采收率的离散动态规划模型，具体为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.根据权利要求1所述的聚合物驱提高原油采收率的动态规划方法，其特征是，步骤2)中，所述基于迭代动态规划求解聚合物驱动态规划问题，具体为1)将聚合物驱的整个注聚过程分为P个离散时间段；2)选取初始状态网格数N，控制网格数R，收缩因子γ和最大迭代次数；给定各离散时间段的初始最优决策变量/00，1^=1，2，...，？，选取搜索区域1~(10 ；令迭代步数j =0;3)在各离散时间段内产生R个决策变量Vi(k)，i = 1，. . .，R，通过有限差分方法联立求解系统渗流物理方程得到每个离散时间段的N个状态网格；4)根据Bellman最优性原理，从末端时间段起依次向前计算，获得本次迭代各离散时间段上的最优决策变量/(k)；5)重新修正寻优区间r(k)= Yr(k)，返回(3)步直到满足最大迭代次数。
4.根据权利要求1所述的聚合物驱提高原油采收率的动态规划方法，其特征是，步骤3)中，所述利用级长可变迭代动态规划处理自由时间问题，具体为步骤一将整个动态系统离散化为P个相同长度时间段，各离散阶段长度均为L ； 步骤二 在给定的寻优区间rin内选取R个决策变量，在初始级长容许域Sin内选择初始级长；选取收缩参数r和还原参数η，给定最大的循环次数Ntimax以及最大迭代次数Njmax ； 步骤三令每次循环的次数为q，并令q = 1 ；设每次迭代的代数为j，令j = 1 ； 步骤四选取本次迭代的寻优区间r = Jl^rin, s = Jlq-1Sin ； 步骤五根据本次迭代获得的决策变量以及系统的初始状态值，前向求解支配方程 (聚合物驱渗流物理方程)得到本次迭代各离散时间段的系统状态值u (k)，k = 1，. . .，P ； 步骤六设当前离散段数为P，更新阶段数令k = P-I ；在允许寻优区域r和s内，取R 个可行决策变量，包括控制的值和级长u (P) = u*J (P) +Drj (P)， At(P) = Δ t*J (P) + ω sJ (P),其中D为mXm维的矩阵，其元素为-1到+1间的随机数。ω为-1到+1间的随机数。 v*J(P)为控制的最优值，At*J(P)为级长的最优值，两者均为当前迭代步特殊网格节点获得的值；根据产生的决策变量、已有的系统状态u(k)和该阶段之后的各时间段的最优决策变量，求解获得该阶段之后每个阶段的系统状态，然后计算目标函数J，即取得该阶段的最优决策变量(k)；阶段计数减1，即k = k-Ι ；如果k = 0当前循环的迭代结束； 步骤七为下一步迭代做准备，收缩容许域 rJ+1 (k) = yrJ(k), k = 1,2,…P sJ+1 (k) = y sJ(k), k = 1,2, ...P 其中Y为收缩因子，j为迭代索引；令当前迭代次数加1，即j = j+1 ；达到最大次数后结束，更新j = 1 ； 步骤八令q = q+1 ；若达到最大循环次数Niliax，结束整个迭代步骤。
全文摘要
聚合物驱是一种重要的三次采油技术，但聚合物价格昂贵，见效期相对滞后。为了科学地制定开发方案，获得更好的经济效益，本发明基于动态规划技术提出了一种聚合物驱开发方案优化设计方法。聚合物驱方案优化可具体描述为一个带有状态和控制不等式约束的分布参数系统动态规划问题。针对固定段塞长度注入优化问题，提出了一种基于迭代动态规划的数值求解算法，将聚合物驱注采过程从时间和空间两个角度进行离散，利用迭代的方式补偿离散化带来的误差。针对段塞长度不固定的注入优化问题，提出了一种级长可变的迭代动态规划数值求解算法，能够同时优化注入浓度和段塞长度。本发明在胜利油田孤东八区井组投入使用，显著提高了聚合物驱的经济效益。
文档编号G06F17/50GK102419786SQ20111031685
公开日2012年4月18日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者张强, 张晓东, 李树荣, 郭兰磊, 雷阳 申请人:中国石油大学(华东)