油藏開發(fā)閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制理論與方法
《油藏開發(fā)閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制理論與方法》是作者在閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制理論與方法領(lǐng)域多年積累的研究成果的基礎(chǔ)上總結(jié)提煉而成的,集中體現(xiàn)了該領(lǐng)域理論與方法研究的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和前沿,具有鮮明的時(shí)代特色。《油藏開發(fā)閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制理論與方法》主要從油藏開發(fā)生產(chǎn)控制優(yōu)化方法與油藏?cái)?shù)值模擬自動(dòng)歷史擬合方法兩個(gè)方面著重介紹了智能油田開發(fā)理論研究的核心技術(shù)——油藏開發(fā)閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制理論與方法。
《油藏開發(fā)閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制理論與方法》的理論性與實(shí)用性均較強(qiáng),內(nèi)容涉及方法原理、理論推導(dǎo)、軟件編制、算例測(cè)試及應(yīng)用等。不僅可以供油藏工程、油田開發(fā)等專業(yè)大學(xué)生和工程技術(shù)人員參考,也可以作為油田一線工作人員,特別是油藏工程師的培訓(xùn)教材。
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在全球信息化浪潮之下,油田生產(chǎn)管理逐步進(jìn)入信息化、智能化時(shí)代;但如何立足已探明的石油資源,提高原油產(chǎn)量,保障石油供給需求仍是石油行業(yè)迫切需要解決的重大問題。為了實(shí)現(xiàn)油氣資源開發(fā)最優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大化,油藏閉環(huán)優(yōu)化控制理論是在智能油田的時(shí)代背景下提出的解決方案之一。油藏閉環(huán)優(yōu)化控制理論的研究與應(yīng)用是隨著油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)發(fā)展而成長(zhǎng)的一門新學(xué)科,該方法通過自動(dòng)歷史擬合和生產(chǎn)模型的最優(yōu)化求解,能動(dòng)態(tài)獲取油水井注采及措施調(diào)控參數(shù),盡可能地優(yōu)化產(chǎn)出效益和提高模型認(rèn)識(shí)程度,能夠有效解放油藏工程師精力,更多地投入到制定開發(fā)優(yōu)化方案當(dāng)中。油藏閉環(huán)優(yōu)化控制技術(shù)作為智能油田概念關(guān)鍵的一環(huán),一直是研究熱點(diǎn),故此筆者以博士期間研究積累結(jié)合近五年的工作成果著作此書,以期將該領(lǐng)域的研究的部分理論與讀者探討、分享。
全書一共分五章:第一章介紹了智能油田概念,油藏閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制理論方法中自動(dòng)歷史擬合以及生產(chǎn)優(yōu)化技術(shù)優(yōu)勢(shì)和存在的問題,研究及應(yīng)用現(xiàn)狀,未來展望等,為后續(xù)閉環(huán)優(yōu)化控制理論的展開提供了背景信息;第二章詳細(xì)介紹了最優(yōu)化理論在油藏開發(fā)當(dāng)中的應(yīng)用,建立了油藏開發(fā)生產(chǎn)控制最優(yōu)模型并對(duì)其進(jìn)行求解,并針對(duì)復(fù)雜混合約束條件下的模型求解及引入魯棒思想的方案制定方法展開了論述;第三章在貝葉斯統(tǒng)計(jì)理論的框架之下建立了油藏自動(dòng)歷史擬合數(shù)學(xué)模型,結(jié)合隨機(jī)極大似然思想,分別采用參數(shù)降維策略結(jié)合無梯度類方法以及多模型數(shù)據(jù)同化方法進(jìn)行求解,并對(duì)其相應(yīng)的適用性進(jìn)行了探討;第四章通過將自動(dòng)歷史擬合方法與油藏開發(fā)生產(chǎn)控制方法相結(jié)合形成閉環(huán)優(yōu)化控制方法,并分別應(yīng)用于概念與實(shí)際油藏進(jìn)行測(cè)試;第五章介紹了基于上述理論編制的油藏開發(fā)閉環(huán)優(yōu)化控制軟件及其在油田的實(shí)際應(yīng)用。
在本書撰寫過程中,由史永波、唐乙瑋、孫海濤、李穎協(xié)助算法改進(jìn)及測(cè)試工作,由康志江、曹琳協(xié)助實(shí)際油藏應(yīng)用結(jié)合與測(cè)試工作,趙輝負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿工作。
在本書出版之際,感謝國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)、長(zhǎng)江大學(xué)青年人才基金的經(jīng)費(fèi)支持,本書部分成果為以上項(xiàng)目研究成果。感謝中石化石油勘探開發(fā)研究院等單位領(lǐng)導(dǎo)及專家的大力扶持,成書過程中他們都給予了很好的指導(dǎo)和建議,使書中研究成果得以提升,并且為書中理論和方法的應(yīng)用提供了大力支持。最后向美國(guó)Tulsa大學(xué)TUPREP工作組所提供的技術(shù)支持表示感謝。
本書的出版得到長(zhǎng)江大學(xué)建設(shè)經(jīng)費(fèi)的資助,在此表示感謝。
筆者水平有限,書中難免有疏漏之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
作者
2016年5月
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趙輝,男,1984年生,副教授,碩士生導(dǎo)師,2006年7月畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)石油工程系石油工程專業(yè),獲工學(xué)學(xué)士學(xué)位,同年9月進(jìn)入石油大學(xué)(華東)研究生院,攻讀油氣田開發(fā)工程專業(yè)碩士學(xué)位,2008年9月攻讀油氣田開發(fā)工程專業(yè)博士學(xué)位。期間獲國(guó)家建設(shè)高水平大學(xué)公派研究生資格,于2009年9月至2010年9月在美國(guó)Tulsa大學(xué)進(jìn)行博士聯(lián)合培養(yǎng)的學(xué)習(xí)。2011年起在長(zhǎng)江大學(xué)任教至今,入選長(zhǎng)江大學(xué)“領(lǐng)軍人才”計(jì)劃。國(guó)際SPE會(huì)員,“SPEJ”《石油勘探與開發(fā)》等石油期刊編輯。以作者或通訊作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇,其中,三大檢索21篇;出版專著1部;承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專項(xiàng)等在內(nèi)的課題11項(xiàng);獲省部級(jí)科研獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)。主要研究方向:油藏?cái)?shù)值模擬技術(shù)、油藏開發(fā)生產(chǎn)優(yōu)化控制理論與井間動(dòng)態(tài)連通性理論與方法等。
目錄
第一章概述1
第一節(jié)智能油田系統(tǒng)1
第二節(jié)油藏閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制定義3
第三節(jié)油藏閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制發(fā)展歷史及現(xiàn)狀4
一、油藏開發(fā)實(shí)時(shí)生產(chǎn)優(yōu)化發(fā)展概況4
二、油藏自動(dòng)歷史擬合發(fā)展概況8
三、油藏閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化控制存在的問題及展望12
第四節(jié)本章小結(jié)13
第二章油藏開發(fā)生產(chǎn)控制優(yōu)化方法14
第一節(jié)最優(yōu)控制理論與優(yōu)化方法14
一、最優(yōu)控制理論14
二、最優(yōu)化方法16
第二節(jié)油藏生產(chǎn)中的最優(yōu)控制模型16
一、最優(yōu)控制模型的一般形式16
二、油藏動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)優(yōu)化最優(yōu)控制模型18
第三節(jié)油藏生產(chǎn)最優(yōu)控制模型的求解19
一、油藏最優(yōu)控制優(yōu)化算法19
二、隨機(jī)擾動(dòng)近似梯度算法21
三、集合優(yōu)化算法25
四、粒子群優(yōu)化算法27
五、單純型模矢算法優(yōu)化算法28
六、基于二次插值型的近似梯度算法30
七、近似擾動(dòng)梯度升級(jí)算法34
八、計(jì)算實(shí)例37
第四節(jié)油藏開發(fā)復(fù)雜約束生產(chǎn)優(yōu)化51
一、增廣拉格朗日函數(shù)52
二、求解步驟53
第五節(jié)油藏開發(fā)魯棒生產(chǎn)優(yōu)化56
一、基本原理57
二、計(jì)算實(shí)例58
第六節(jié)本章小結(jié)63
第三章油藏?cái)?shù)值模擬自動(dòng)歷史擬合方法64
第一節(jié)自動(dòng)歷史擬合數(shù)學(xué)模型64
第二節(jié)參數(shù)降維法65
一、基本原理66
二、計(jì)算實(shí)例67
第三節(jié)隨機(jī)極大似然75
一、基本原理75
二、計(jì)算實(shí)例78
第四節(jié)集合卡爾曼濾波84
一、基本原理84
二、計(jì)算實(shí)例86
第五節(jié)集合平滑多數(shù)據(jù)同化93
一、基本原理93
二、計(jì)算實(shí)例95
第六節(jié)本章小結(jié)100
第四章油藏開發(fā)閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化測(cè)試實(shí)例101
第一節(jié)二維非均質(zhì)油藏101
第二節(jié)北海Brugge油藏111
第三節(jié)本章小結(jié)116
第五章油藏閉環(huán)生產(chǎn)優(yōu)化軟件及其應(yīng)用117
第一節(jié)油藏開發(fā)閉環(huán)優(yōu)化軟件簡(jiǎn)介117
一、歷史擬合模塊118
二、生產(chǎn)優(yōu)化模塊120
三、結(jié)果輸出模塊121
四、輔助工具模塊123
第二節(jié)計(jì)算實(shí)例125
一、塔河S80單元125
二、江漢Z-16單元130
第三節(jié)本章小結(jié)139
參考文獻(xiàn)140