油藏開發(fā)閉環(huán)生產優(yōu)化控制理論與方法
《油藏開發(fā)閉環(huán)生產優(yōu)化控制理論與方法》是作者在閉環(huán)生產優(yōu)化控制理論與方法領域多年積累的研究成果的基礎上總結提煉而成的,集中體現(xiàn)了該領域理論與方法研究的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀和前沿,具有鮮明的時代特色!队筒亻_發(fā)閉環(huán)生產優(yōu)化控制理論與方法》主要從油藏開發(fā)生產控制優(yōu)化方法與油藏數值模擬自動歷史擬合方法兩個方面著重介紹了智能油田開發(fā)理論研究的核心技術——油藏開發(fā)閉環(huán)生產優(yōu)化控制理論與方法。
《油藏開發(fā)閉環(huán)生產優(yōu)化控制理論與方法》的理論性與實用性均較強,內容涉及方法原理、理論推導、軟件編制、算例測試及應用等。不僅可以供油藏工程、油田開發(fā)等專業(yè)大學生和工程技術人員參考,也可以作為油田一線工作人員,特別是油藏工程師的培訓教材。
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在全球信息化浪潮之下,油田生產管理逐步進入信息化、智能化時代;但如何立足已探明的石油資源,提高原油產量,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。為了實現(xiàn)油氣資源開發(fā)最優(yōu)化和經濟價值最大化,油藏閉環(huán)優(yōu)化控制理論是在智能油田的時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用是隨著油藏數值模擬技術發(fā)展而成長的一門新學科,該方法通過自動歷史擬合和生產模型的最優(yōu)化求解,能動態(tài)獲取油水井注采及措施調控參數,盡可能地優(yōu)化產出效益和提高模型認識程度,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)化方案當中。油藏閉環(huán)優(yōu)化控制技術作為智能油田概念關鍵的一環(huán),一直是研究熱點,故此筆者以博士期間研究積累結合近五年的工作成果著作此書,以期將該領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)生產優(yōu)化控制理論方法中自動歷史擬合以及生產優(yōu)化技術優(yōu)勢和存在的問題,研究及應用現(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;第二章詳細介紹了最優(yōu)化理論在油藏開發(fā)當中的應用,建立了油藏開發(fā)生產控制最優(yōu)模型并對其進行求解,并針對復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)計理論的框架之下建立了油藏自動歷史擬合數學模型,結合隨機極大似然思想,分別采用參數降維策略結合無梯度類方法以及多模型數據同化方法進行求解,并對其相應的適用性進行了探討;第四章通過將自動歷史擬合方法與油藏開發(fā)生產控制方法相結合形成閉環(huán)優(yōu)化控制方法,并分別應用于概念與實際油藏進行測試;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際應用。
在本書撰寫過程中,由史永波、唐乙瑋、孫海濤、李穎協(xié)助算法改進及測試工作,由康志江、曹琳協(xié)助實際油藏應用結合與測試工作,趙輝負責全書的統(tǒng)稿工作。
在本書出版之際,感謝國家自然科學基金、國家科技重大專項、長江大學青年人才基金的經費支持,本書部分成果為以上項目研究成果。感謝中石化石油勘探開發(fā)研究院等單位領導及專家的大力扶持,成書過程中他們都給予了很好的指導和建議,使書中研究成果得以提升,并且為書中理論和方法的應用提供了大力支持。最后向美國Tulsa大學TUPREP工作組所提供的技術支持表示感謝。
本書的出版得到長江大學建設經費的資助,在此表示感謝。
筆者水平有限,書中難免有疏漏之處,懇請讀者批評指正。
作者
2016年5月
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趙輝,男,1984年生,副教授,碩士生導師,2006年7月畢業(yè)于石油大學(華東)石油工程系石油工程專業(yè),獲工學學士學位,同年9月進入石油大學(華東)研究生院,攻讀油氣田開發(fā)工程專業(yè)碩士學位,2008年9月攻讀油氣田開發(fā)工程專業(yè)博士學位。期間獲國家建設高水平大學公派研究生資格,于2009年9月至2010年9月在美國Tulsa大學進行博士聯(lián)合培養(yǎng)的學習。2011年起在長江大學任教至今,入選長江大學“領軍人才”計劃。國際SPE會員,“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)表學術論文30余篇,其中,三大檢索21篇;出版專著1部;承擔國家自然科學基金、國家科技重大專項等在內的課題11項;獲省部級科研獎勵3項。主要研究方向:油藏數值模擬技術、油藏開發(fā)生產優(yōu)化控制理論與井間動態(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)生產優(yōu)化控制定義3
第三節(jié)油藏閉環(huán)生產優(yōu)化控制發(fā)展歷史及現(xiàn)狀4
一、油藏開發(fā)實時生產優(yōu)化發(fā)展概況4
二、油藏自動歷史擬合發(fā)展概況8
三、油藏閉環(huán)生產優(yōu)化控制存在的問題及展望12
第四節(jié)本章小結13
第二章油藏開發(fā)生產控制優(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、油藏動態(tài)實時優(yōu)化最優(yōu)控制模型18
第三節(jié)油藏生產最優(yōu)控制模型的求解19
一、油藏最優(yōu)控制優(yōu)化算法19
二、隨機擾動近似梯度算法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、近似擾動梯度升級算法34
八、計算實例37
第四節(jié)油藏開發(fā)復雜約束生產優(yōu)化51
一、增廣拉格朗日函數52
二、求解步驟53
第五節(jié)油藏開發(fā)魯棒生產優(yōu)化56
一、基本原理57
二、計算實例58
第六節(jié)本章小結63
第三章油藏數值模擬自動歷史擬合方法64
第一節(jié)自動歷史擬合數學模型64
第二節(jié)參數降維法65
一、基本原理66
二、計算實例67
第三節(jié)隨機極大似然75
一、基本原理75
二、計算實例78
第四節(jié)集合卡爾曼濾波84
一、基本原理84
二、計算實例86
第五節(jié)集合平滑多數據同化93
一、基本原理93
二、計算實例95
第六節(jié)本章小結100
第四章油藏開發(fā)閉環(huán)生產優(yōu)化測試實例101
第一節(jié)二維非均質油藏101
第二節(jié)北海Brugge油藏111
第三節(jié)本章小結116
第五章油藏閉環(huán)生產優(yōu)化軟件及其應用117
第一節(jié)油藏開發(fā)閉環(huán)優(yōu)化軟件簡介117
一、歷史擬合模塊118
二、生產優(yōu)化模塊120
三、結果輸出模塊121
四、輔助工具模塊123
第二節(jié)計算實例125
一、塔河S80單元125
二、江漢Z-16單元130
第三節(jié)本章小結139
參考文獻140