基于并行自調(diào)整差分進(jìn)化的三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本技術(shù)屬于工業(yè)優(yōu)化技術(shù),涉及利用改進(jìn)的智能算法提高三元復(fù)合驅(qū)原油采收 率,具體地說是一種基于并行自調(diào)整差分進(jìn)化的三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化方法。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 自20世紀(jì)90年代以來,我國老油田含水率已高達(dá)80%以上,可采儲量采出程度 也已達(dá)63. 1%,從總體上看已進(jìn)入高含水、高采出程度階段。如何進(jìn)一步提高采收率,大力 發(fā)展三次采油技術(shù)已成為石油工業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。然而,隨著開采的進(jìn)行,開采難度的加 大,單一的聚合物驅(qū)或者化學(xué)驅(qū)采收率越來越低,且油的品質(zhì)逐漸下降,于是在眾多的三次 采油新方法之中,ASP(堿/表面活性劑/聚合物)三元復(fù)合驅(qū)脫穎而出,該方法已經(jīng)在勝 利油田和大慶油田進(jìn)行試驗(yàn),展示了令人鼓舞的應(yīng)用前景,普遍受到了人們的重視,成為最 具有應(yīng)用前景的方法之一。
[0003]目前關(guān)于三元復(fù)合驅(qū)的研究主要從兩個方面進(jìn)行:1.研究驅(qū)替劑之間的相互作 用以及對原油物化參數(shù)的影響;2.基于三元復(fù)合驅(qū)偏微分方程,通過先導(dǎo)試驗(yàn),在數(shù)值模 擬軟件的基礎(chǔ)上人為選擇相對較好的注采策略。該方法具有一定的局限性,現(xiàn)有的復(fù)合驅(qū) 數(shù)值模擬軟件對多元復(fù)合驅(qū)的物理化學(xué)現(xiàn)象還沒有完全描述清楚,生產(chǎn)策略的制定過多依 賴與操作者經(jīng)驗(yàn)。因此,建立三元復(fù)合驅(qū)的優(yōu)化模型,并尋找合適的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化就顯 得尤為重要。
[0004] 三元復(fù)合驅(qū)利用了表面活性劑和堿的協(xié)同作用,使復(fù)合體系/原油形成超低界面 張力。其中,堿大幅度降低了價格昂貴的表面活性劑的用量,它與酸反應(yīng)生成部分表面活性 劑,不僅可以替代部分表面活性劑,而且還可以減少活性劑和聚合物在油藏中的損耗;聚合 物主要起流度控制作用,減少復(fù)合體系指進(jìn),并擴(kuò)大了波及體積。堿的加入降低了表面活性 劑的界面張力同時對聚合物有增粘作用,這樣提高提高采油量。目前,有很多學(xué)者對相關(guān)機(jī) 理進(jìn)行研究,但是還沒有人建立三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化模型。
[0005] 差分進(jìn)化算法是由StornR和PriceK在1997年提出的,由于其易用性、穩(wěn)健性 和強(qiáng)大的全局尋優(yōu)能力,非常適合求解非線性問題,因此本發(fā)明采用差分進(jìn)化來求解三元 復(fù)合驅(qū)優(yōu)化模型。但是差分進(jìn)化存在局部搜索能力差,容易陷于局部最優(yōu)及過早收斂等問 題,因此提出并行種群及縮放因子自調(diào)整的處理方法,提高了差分進(jìn)化算法的求解效果。 三、
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種基于并行自調(diào)整差分進(jìn)化的三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化方法,該方 法首先基于驅(qū)替劑驅(qū)油的機(jī)理建立三元復(fù)合驅(qū)的優(yōu)化模型,其次利用并行種群和自調(diào)整縮 放因子改進(jìn)了傳統(tǒng)差分進(jìn)化算法的性能,最后通過并行自調(diào)整差分進(jìn)化算法求解三元復(fù)合 驅(qū)優(yōu)化模型,得到最優(yōu)注米策略。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008] 該種基于并行自調(diào)整差分進(jìn)化的三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化方法,包括以下步驟:
[0009] 1 ?建立三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化模型
[0010] (1)性能指標(biāo)
[0011] 在一個最優(yōu)控制模型中,性能指標(biāo)是一個泛函。在本課題研究的多元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化 模型中,性能指標(biāo)主要包括利潤(凈現(xiàn)值)最大、累積增油量最大以及成本最小等。
[0012]
[0013] 其中,JNPV為累積凈現(xiàn)值,r為年折現(xiàn)率,t為時間(d),t3為一年的天數(shù),qin為 水井的注入速度(1/d),c_為驅(qū)替劑的注入濃度(g/L),qciut出生產(chǎn)井的采出速度(1/d), fw(p,Sw,cp)為生產(chǎn)井的含水率,為各驅(qū)替劑的價格系數(shù),|D(t)表示原油價格系數(shù)。
[0014] ⑵約束方程
[0015] 約束方程主要由多元復(fù)合驅(qū)所服從的滲流物理方程決定,主要包括油相方程、水 相方程以及驅(qū)替劑的吸附擴(kuò)散方程等,這組方程是一組典型的拋物型偏微分方程。約束方 程中還包括關(guān)于地質(zhì)特性的代數(shù)方程組,主要包括:油水相對滲透率方程、驅(qū)替劑吸附方 程、聚合物溶液的粘度(與聚合物的濃度、剪切速率和地層水礦化度等因素的關(guān)系)方程 等,對于實(shí)際礦場來說,對應(yīng)的代數(shù)方程需按照不同的地質(zhì)條件,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。
[0016] 約束方程為多元復(fù)合驅(qū)的物理方程,包括油、水兩相的滲流模型和驅(qū)替劑溶液的 對流擴(kuò)散吸附方程。
[0025] 聚合物溶于水后,能使水相粘度大幅度增加,因而水相粘度主要受聚合物濃度的 影響,表示為:凡二/^丨+丨叩八+aP#f+aPg)]Q;。其中,yw。為純水的粘度,apap2,ap3,sp 為常系數(shù),為含鹽度。
[0026] 聚合物溶液在多孔介質(zhì)中運(yùn)移時,由于水相粘度的增加和聚合物在巖石孔隙結(jié) 構(gòu)中的捕集作用,其所到之處會造成水相相對滲透率的下降,用滲透率下降系數(shù)表示為:
[0027] 表面活性劑會影響油水界面張力,表現(xiàn)為
[0028] In。TO=ai+biCr
[0029]
[0030] 殘余油飽和度與毛管數(shù)的關(guān)系為:L+QmhiA/Mp 。 VLi
[o03i] 毛管數(shù)為~=其中,cSOTl,cSOTl為系數(shù),vw為水相流速。
[0032] 如果油相飽和度小于當(dāng)前毛管數(shù)對應(yīng)的殘余油飽和度,則剩余的原油將不會被驅(qū) 替,即
[0033] kro= 0,ifS1-Sor〇
[0034] 當(dāng)驅(qū)油體系中存在堿時,由于堿會與酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成一種表面活性劑,從 而與表面活性劑驅(qū)油劑共同影響油水界面張力,即 〇wc= 〇TO(Cs)Ast(Ca)。其中,〇TO(Cs)為 不含堿液時表面活性劑對油水的界面張力;Ast(Ca)為含堿液時的界面張力乘子,與堿液濃 度有關(guān)。
[0035] 各化學(xué)劑的吸附量主要受其濃度影響,采用Langmuir等溫吸附公式 。=丨式中,ai,比為常系數(shù)。
[0036] 當(dāng)注入劑中存在堿液時,堿液會降低聚合物、表面活性劑在巖石表面的吸附作用, 故聚合物和表面活性劑的吸附量則更新為=C;也(C" ),(/=w)。其中,Aad (CJ為與堿液濃 度相對應(yīng)的吸附乘子。
[0037]輔助方程:SjSwi1,pCOT(SW) = 口。1
[0038] 初始條件凡,足 C
[0039] 邊界條
[0040] 其中,卩表示Hamilton算子,在直角坐標(biāo)系中▽ = + + ;p。,pj別為油 相和水相壓力(MPa),prawS毛管力(MPa) 4。,5"分別為油相和水相的飽和度;P。,Pw,PR 分別油、水和巖石的密度(kg/m3),B。,Bw分別油和水的體積系數(shù);K為滲透率(ym2),kro,k" 為油相和水相的相對滲透率;cp,cs,ca分為聚合物、表面活性劑和堿的濃度(g/L) 。,yp 為油相和加入驅(qū)替劑后水相的粘度(mPa*s);巾,(^分別為巖石的孔隙度和聚合物的孔隙 度,g為重力加速度(m/s2) ;h為深度(m),向下為正;Rk為相對滲透率下降系數(shù);C",Cra 分別為單位質(zhì)量巖石吸附聚合物、表面活性劑和堿的質(zhì)量(mg/g) ;q。,qw分別為油相、水相 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流速(1/day),流出為正;cpw,csw,caw分別為井筒中聚合物、表面活性劑和堿 溶液的濃度(g/L) ;Dp,Ds,Da分別為聚合物、表面活性劑和堿的擴(kuò)散系數(shù)(m2/s) ;t為時間 (day) ;x,y,z為直角坐標(biāo)系的三個方向,長度單位(m)。
[0041] 多元復(fù)合驅(qū)是一種改性水驅(qū),驅(qū)替劑的加入會引起水相粘度和相對滲透率隨空間 和時間的變化,所以上述方程都是非線性時變拋物型偏微分方程。同時約束方程中還包括 描述驅(qū)替劑相關(guān)物理特性的代數(shù)方程,根據(jù)不同地質(zhì)條件,需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步確定。
[0042] 2.提出一種并行自調(diào)整差分進(jìn)化算法
[0043] 基本思想為:通過雙種群并行的方法,在種群初始化時定義兩個種群,在對兩個種 群分別交叉和變異操作后,通過選擇操作留下適應(yīng)度表現(xiàn)最優(yōu)的試驗(yàn)向量作為下一代的目 標(biāo)向量;引入自調(diào)整律,自動調(diào)整縮放因子。主要過程為:編碼,初始化,參數(shù)變異,種群變 異,種群交叉,選擇。
[0044] 具體步驟:
[0045] (1)編碼:種群個體采用實(shí)數(shù)編碼方式;
[0046] (2)種群初始化:采用雙種群并行方式,對兩個種群初始化,用NP代表種群的大 小,種群中的第i個個體在第G代記為足,心.Wzv,c],其中D是個體所包含的 維度,NP=30D,種群初始化采用公式xu,Q= Xph+ranUO, 1) X (Xpu-XpiJ,其中xu,。 表示第G= 0代,種群中第i個個體,第j個維度的值,對每個個體縮放因子和交叉概率賦 初值;
[0047] (3)參數(shù)變異:針對兩個種群執(zhí)行參數(shù)變異,其變異律為
[0048]mFljG=oFljG+wX(oFrliG-〇Fr2jG)
[0049] 其中,《為縮放因子,《的自調(diào)整律〉
[0050] (4)種群變異:對兩個種群分別在相應(yīng)種群內(nèi)采用采用DE/current-to-pbest/1 的差分策略,變異操作為:
[0051 ] 〇K,g = +〇F^gx x(Xrw-Xr2,e);
[0052] (5)種群交叉操作:對兩個種群分別在相應(yīng)種群內(nèi)采用二項(xiàng)交叉,其交叉操作為:
[0053]
[0054] (6)計算適應(yīng)度函數(shù):將各個控制策略代入三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化模型,以性能指標(biāo)的 倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)值;
[0055] (7)選擇:將兩個種群各自交叉后得到的個體oUu和目標(biāo)個體Xy分別代入目標(biāo) 函數(shù)進(jìn)行比較,因
[0056] 為差分演化算法求的是目標(biāo)函數(shù)極小,保留所有適應(yīng)度函數(shù)最小的種群個體存入 相應(yīng)庫中,S口
[0057] ^
[0058]其中Q ;
[0059] (8)判斷是否滿足終止條件,如果滿足,結(jié)束循環(huán),如果不滿足,跳轉(zhuǎn)到步驟⑶繼 續(xù)執(zhí)行。
[0060] 3.利用并行自調(diào)整差分進(jìn)化算法求解三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化模型,得到最優(yōu)注采策略
[0061] 具體過程為:
[0062] (1)編碼:根據(jù)三元復(fù)合驅(qū)優(yōu)化模型驅(qū)替劑的注入濃度要求選取合適的段塞大小 和