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