一种基于模拟退火算法的钻井平台拖航路径规划方法与流程

本发明涉及一种基于模拟退火算法的钻井平台拖航路径规划方法，属于石油工程人工智能应用领域。
背景技术：
：近年来，全球深水油气资源领域已成为国际油气巨头争相开拓的新战场，超过一半的重大油气发现来自于深水。在油气田勘探开发过程中，钻井平台的作业效率和成本是制约深水油气资源经济高效开发的关键因素之一。如何使深水钻井平台在各设计井位之间以最短的路径依次完成表层批钻和下部井段作业，是提高作业效率，降低作业成本的关键一步。因此，需要提供一种钻井平台拖航路径规划方法，以此规划出最短的拖航路径，实现降本增效。技术实现要素：本发明的目的是提供一种基于模拟退火算法的钻井平台拖航路径规划方法，适用于深水油气田开发工程中，多口开发井的钻完井作业顺序优化，能够降低钻井平台的拖航距离，降低作业成本和节省工期。本发明提供的基于的模拟退火算法，以一定概率接受更劣解的代价跳出局部最优解，来获得全局最优解，因此算法具有较强的鲁棒性，抗干扰能力强，数学过程易实现，得到的结果可直接用于深水钻井平台的拖航路线规划，能够以最优的路径节省拖航工期和燃料成本。本发明所提供的基于模拟退火算法的钻井平台拖航路径规划方法，包括如下步骤：1)布置钻井平台，并记录所述钻井平台的原始位置坐标；列出m口深水开发井的设计井位坐标，记为初始顺序表，如表1所示；如，船坞所在地的坐标(x0，y0)，m口深水开发井的井位坐标：如ai井坐标为(xi，yi)，i＝1～m，列出平台完成作业要去往的结束位置，如下一个项目的勘探井位(xend，yend)；上述坐标系均为wgs-84坐标系。表1m口深水开发井的初始顺序表2)计算所述钻井平台的初始托航距离，记为dis(0)；3)从初始温度t℃开始进行迭代计算，以本轮温度与上轮温度之比为k的速率进行模拟退火过程，直至温度降至低于0.1℃；4)在每1轮迭代中，进行l次扰动试验，在所述扰动试验中，随机将所述初始顺序表中的两口所述深水开发井进行顺序调换，形成新的顺序表和新的拖航距离，对比新拖航距离与初始拖航距离：若新拖航距离更短，则将用新顺序表替换旧顺序表(第1轮迭代中，初始顺序表即为旧顺序表)；若新拖航距离不是更短，则进一步比较与0～0.5之间随机数rand的大小，若前者大，则依然用新顺序表替换旧顺序表，否则维持初始顺序表不变；依次进行模拟退火的多轮迭代以及每轮迭代中的l次扰动试验；5)完成全部迭代，模拟退火至温度低于0.1℃，得到最终的顺序表(t0.1,100)，和最短的拖航距离dis(t0.1,100)，以最终顺序表规划拖航路径。上述的钻井平台拖航路径规划方法中，步骤1)中，以远离油气田之外的位置作为拖航的起点更符合实际情况，而非以某井的井位作为拖航的起点，后者与实际不符。上述的钻井平台拖航路径规划方法中，步骤2)中，所述初始拖航距离为下述a)至e)路径的距离：a)从所述钻井平台的初始位置拖航到所述初始顺序表中的第一口所述深水开发井进行表层作业，b)按照所述初始顺序表中的井位顺序，依次拖航至各井进行表层作业，c)完成最后一口所述深水开发井的表层作业后下入防喷器进行下部井段作业，完成后拖航至倒数第二口所述深水开发井进行下部井段作业，d)再按所述初始顺序表逆序拖航至各井进行下部井段作业，e)完成第一口所述深水开发井的下部井段作业后，拖航至结束位置；计算初始拖航距离dis(0)公式如下：式中，(x0，y0)为平台初始位置的wgs-84坐标；(xend，yend)为平台结束位置的wgs-84坐标；(x1，y1)(x2，y2)等为各开发井的wgs-84坐标。上述的钻井平台拖航路径规划方法中，步骤3)中，所述初始温度t为100×m，所述k的范围为0<k<1，优选0.98；步骤4)中，每轮迭代中随机链的长度l优选为100。上述的钻井平台拖航路径规划方法中，步骤5)之后还包括如下验证所得拖航路径准确性的步骤，，验证结果的可靠性，避免编程计算过程中出现人为错误：随机产生n组顺序表，得到对应的拖航距离，与步骤5)中的拖航距离dis(t0.1,100)比较。本发明基于的模拟退火算法属于人工智能优化法，通过引入随机变量，以一定概率得到更劣解的代价跳出局部最优解，最终能够换取全局最优解。本发明方法具有较强的鲁棒性，抗干扰能力强，数学过程易实现，得到的结果可直接用于深水钻井平台的拖航路线规划，能够以最优的路径节省拖航工期和燃料成本。附图说明图1为本发明钻井平台拖航路径规划方法的流程图。图2为本发明实施例中平台初始位置、井口位置、平台结束位置的分布图。图3为本发明实施例中钻井平台的初始拖航路径及拖航距离。图4为本发明实施例中经第1轮迭代后的拖航路径及拖航距离。图5为本发明实施例得到的最短的拖航路径及拖航距离。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。如图1所示，为本发明提供的基于模拟退火算法的钻井平台拖航路径规划方法的流程图，具体包括以下步骤：1)列出钻井平台初始位置坐标，如船坞所在地坐标(350000，4230000)，列出15口深水开发井设计井位坐标，如下表(称为初始顺序表)，列出平台结束位置坐标(384000，4231000)。表2深水开发井的初始顺序表平台初始位置、井口位置、平台结束位置分布如图2所示。2)设置模拟退火算法的初始温度t＝100×15＝1500℃，两轮迭代之间温度衰减系数k＝0.98，每轮迭代中随机链的长度l＝100。3)计算初始的拖航距离dis(0)，包括五个组成部分，拖航路径如图3所示(经红色线段，来回两次经过蓝色线段，最终经黑色线段)：①从平台初始位置拖航到初始顺序表中的第一口井进行表层作业(即表层喷射、一开钻进和固井作业)，②按照顺序表中的井位顺序，依次拖航至各井进行表层作业，③完成最后一口井的表层作业后下入防喷器进行下部井段作业，完成后拖航至倒数第二口井进行下部井段作业，④再按顺序表逆序拖航至各井进行下部井段作业，⑤完成第一口井的下部井段作业后，拖航至结束位置。计算拖航距离dis(0)＝372km。4)从t＝1500℃开始进行迭代计算，以本轮温度降至上轮温度的98％的速率进行模拟退火过程，直至温度降至低于0.1℃。5)每1轮迭代中，进行100次扰动试验，以第1轮迭代的第1次扰动试验为例：随机将初始顺序表中的两口井进行调换(本例中为a7和a13)，形成新的顺序表(t1470,1)，根据步骤3)计算拖航距离dis(t1470,1)＝340km。表3调换后的顺序表对比新拖航距离dis(t1470,1)与初始拖航距离dis(0)，dis(t1470,1)<dis(0)，则将顺序表(t1470,1)记录下来作为迭代结果。进行第2-第100次扰动试验，如果有更短的拖航距离则更新迭代结果，得到第1轮迭代后的顺序表(t1470,100)和拖航距离dis(t1470,100)＝318km，托航路径如图4所示(经红色线段，来回两次经过蓝色线段，最终经黑色线段)。表4调换后的顺序表(t1470,100)顺序表东西坐标/m南北坐标/ma1井3730364215426a10井3659364213623a3井3606024210319a13井3799194214538a12井3841174217807a4井3764904214533a15井3706464217799a8井3741094219945a14井3897954213465a11井3780334212269a2井3719764213074a7井3855854210094a9井3782674217029a6井3660684219432a5井36081042155366)完成全部迭代，模拟退火至温度为0.1℃，得到最终的顺序表(t0.1,100)，以最终顺序表规划拖航路径：从开始位置，经红色线段，来回两次经过蓝色线段，最终经黑色线段，到达结束位置，得到最短的总拖航距离为172km，拖航路径如图5所示。表5最优的拖航顺序表7)验证结果可靠性，随机产生5组顺序表，计算对应的拖航距离分别为，256km、278km、302km、273km、244km，均高于步骤6)中的拖航距离，证明计算结果可靠。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合使用，因此本发明当然地涵盖了与本案发明点有关的其他组合及具体应用。当前第1页12