大型油氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法
針對(duì)我國(guó)大型油田進(jìn)入高含水開采階段后，產(chǎn)量遞減速度加快、開采難度加大、生產(chǎn)成本快速上升等難題，為實(shí)現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約油田建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行成本，作者開展了大型油氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化研究。首先，基于龐家萊回歸定理，提出了隨機(jī)優(yōu)化算法的收斂性定理，建立了混合粒子群-煙花算法和改進(jìn)的粒子群智能優(yōu)化求解方法，分析了智能優(yōu)化方法的收斂性，實(shí)例驗(yàn)證了優(yōu)化算法的優(yōu)化性能。其次，針對(duì)油氣集輸系統(tǒng)布局優(yōu)化和注入系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行深入研究，提出了相對(duì)新穎的混合蛙跳分級(jí)優(yōu)化和混合遺傳模擬退火優(yōu)化求解方法。然后，提出了大型油氣管網(wǎng)地上地下亞閉環(huán)系統(tǒng)整體運(yùn)行優(yōu)化理論及方法，建立了多目標(biāo)混合整數(shù)非線性整體優(yōu)化模型和優(yōu)化子模型，結(jié)合大系統(tǒng)優(yōu)化理論構(gòu)建了混合分解協(xié)調(diào)智能優(yōu)化求解方法，通過(guò)推廣應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了所提理論及方法的有效性。最后，論述了大型油田油氣集輸系統(tǒng)布局優(yōu)化問(wèn)題的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)，提出了格柵集合剖分法、模糊位域相近模糊集求解法和組合式優(yōu)化求解策略，實(shí)例論證了所提優(yōu)化技術(shù)的有效性和高效性。同時(shí)對(duì)三維空間內(nèi)的油氣集輸系統(tǒng)布局優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究和分析。
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目錄
Preface
前言
緒論 1
第1章 智能優(yōu)化算法及其改進(jìn) 5
1.1 存世智能優(yōu)化算法研究進(jìn)展 5
1.1.1 智能優(yōu)化求解機(jī)理 5
1.1.2 粒子群算法及改進(jìn) 7
1.1.3 煙花算法及改進(jìn) 9
1.1.4 混合蛙跳算法及改進(jìn) 11
1.2 基于龐加萊回歸的收斂性定理 12
1.2.1 龐加萊回歸 12
1.2.2 隨機(jī)優(yōu)化求解方法收斂性定理 13
1.3 混合粒子群-煙花全局優(yōu)化算法 14
1.3.1 混合粒子群-煙花算法(PS￣FW) 14
1.3.2 全局收斂性分析 20
1.3.3 數(shù)值實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析 20
1.3.4 算法主控參數(shù)分析 40
1.4 改進(jìn)的粒子群全局優(yōu)化算法 46
1.4.1 改進(jìn)粒子群算法(MPSO) 47
1.4.2 全局收斂性分析 50
1.4.3 數(shù)值實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析 53
第2章 油氣集輸系統(tǒng)優(yōu)化研究 64
2.1 MS 集輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季謨?yōu)化設(shè)計(jì) 64
2.1.1 MS 網(wǎng)絡(luò)定義 64
2.1.2 MS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型 65
2.1.3 MS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化的分級(jí)優(yōu)化法 66
2.1.4 MS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化的混合遺傳模擬退火算法 68
2.1.5 計(jì)算實(shí)例 74
2.2 MRS 集輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季謨?yōu)化設(shè)計(jì) 78
2.2.1 MRS 網(wǎng)絡(luò)定義 78
2.2.2 MRS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型 79
2.2.3 MRS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化的分級(jí)優(yōu)化法 80
2.2.4 MRS 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋬?yōu)化的混合遺傳模擬退火算法 82
2.2.5 計(jì)算實(shí)例 83
2.3 MS 網(wǎng)絡(luò)障礙拓?fù)鋬?yōu)化 88
2.3.1 MS 網(wǎng)絡(luò)障礙拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型 88
2.3.2 MS 網(wǎng)絡(luò)障礙拓?fù)鋬?yōu)化的求解方法 89
2.3.3 計(jì)算實(shí)例 90
2.4 油氣集輸管網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 94
2.4.1 油氣集輸管網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型建立 94
2.4.2 油田地面管網(wǎng)多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的求解 97
2.4.3 計(jì)算實(shí)例 101
2.5 集氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究 107
2.5.1 基本概況 107
2.5.2 集氣系統(tǒng)可靠度計(jì)算方法 107
2.5.3 考慮可靠度的集氣管網(wǎng)布局優(yōu)化模型 110
2.5.4 混合分級(jí)蛙跳優(yōu)化求解方法 114
2.5.5 計(jì)算實(shí)例 118
第3章 注入系統(tǒng)優(yōu)化研究 121
3.1 注水系統(tǒng)水力仿真計(jì)算方法 121
3.1.1 油田注水系統(tǒng) 121
3.1.2 管網(wǎng)計(jì)算基本理論 122
3.1.3 油田注水系統(tǒng)仿真計(jì)算 124
3.2 注水管道摩阻系數(shù)反演優(yōu)化研究 129
3.2.1 單工況下管道摩阻系數(shù)反演 129
3.2.2 基于智能計(jì)算的多工況摩阻系數(shù)反演 137
3.2.3 基于隨機(jī)優(yōu)化的管道摩阻系數(shù)反演 142
3.3 注水系統(tǒng)運(yùn)行方案優(yōu)化 148
3.3.1 注水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化 148
3.3.2 注水系統(tǒng)開泵方案優(yōu)化 149
第4章 大型油氣田地上地下亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體運(yùn)行優(yōu)化研究 155
4.1 地下亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 155
4.1.1 地上地下亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的定義 156
4.1.2 地上地下亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能 156
4.1.3 地上地下亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點(diǎn) 157
4.2 地上地下亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體運(yùn)行優(yōu)化模型 157
4.2.1 目標(biāo)函數(shù) 158
4.2.2 約束條件 159
4.3 亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)策略 160
4.3.1 大系統(tǒng)理論及思想 161
4.3.2 亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)多級(jí)遞階結(jié)構(gòu) 162
4.3.3 可行性準(zhǔn)則 164
4.4 油藏子系統(tǒng)注采優(yōu)化 165
4.4.1 油藏子系統(tǒng)注采優(yōu)化模型 166
4.4.2 地下注入有效模糊區(qū) 169
4.4.3 混合分解協(xié)調(diào)-粒子群-煙花求解方法 171
4.5 采油子系統(tǒng)機(jī)采參數(shù)優(yōu)化 178
4.5.1 采油子系統(tǒng)抽汲參數(shù)優(yōu)化模型 179
4.5.2 單井機(jī)采系統(tǒng)模糊聚類降維法 181
4.5.3 混合改進(jìn)粒子群求解方法 185
4.6 集輸子系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化 187
4.6.1 集輸子系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 187
4.6.2 混合粒子群-煙花求解方法 190
4.7 污水處理子系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化 192
4.7.1 貝葉斯-馬爾可夫鏈蒙特卡羅水力修正法 192
4.7.2 污水處理子系統(tǒng)調(diào)度優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 196
4.7.3 改進(jìn)粒子群求解法 198
4.8 注水子系統(tǒng)運(yùn)行方案優(yōu)化 199
4.8.1 注水子系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化 200
4.8.2 注水子系統(tǒng)開泵方案優(yōu)化 205
4.9 混合智能分解協(xié)調(diào)優(yōu)化求解策略 216
4.9.1 基于改進(jìn)粒子群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油井含水率預(yù)測(cè) 216
4.9.2 最大含水上升率模糊集 219
4.9.3 多目標(biāo)改進(jìn)粒子群算法 220
4.9.4 亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體運(yùn)行優(yōu)化混合智能分解協(xié)調(diào)求解 223
4.10 地上地下亞閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體運(yùn)行優(yōu)化實(shí)例 225
第5章 大型油氣管網(wǎng)布局優(yōu)化研究 228
5.1 多障礙下布局處理方法 228
5.1.1 障礙的隱式表征 229
5.1.2 管道與障礙位置關(guān)系確定 231
5.1.3 最小包圍盒簡(jiǎn)化法 232
5.1.4 繞障路徑優(yōu)化 233
5.2 大型油氣集輸管網(wǎng)障礙布局優(yōu)化模型 234
5.2.1 大型MST 網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化模型 234
5.2.2 大型MS 網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化模型 239
5.3 格柵剖分集合劃分法 241
5.3.1 理論基礎(chǔ) 242
5.3.2 主要步驟 244
5.3.3 復(fù)雜度分析 244
5.4 位域相近模糊集求解法 245
5.4.1 位域相近模糊集 245
5.4.2 油氣井隸屬關(guān)系求解 246
5.4.3 復(fù)雜度和最優(yōu)性分析 247
5.5 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)集優(yōu)化法 248
5.6 組合式優(yōu)化求解策略 250
5.6.1 分層協(xié)調(diào)優(yōu)化 250
5.6.2 策略主流程 251
5.6.3 大型油氣集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化實(shí)例 253
5.7 受約束大型油氣集輸管網(wǎng)三維空間布局優(yōu)化 255
5.7.1 三維地形混合格網(wǎng)表征方法 255
5.7.2 雙向廣度優(yōu)先路徑搜索算法 261
5.7.3 基于分治策略的管道路由優(yōu)化 267
5.7.4 三維空間下油氣集輸管網(wǎng)布局優(yōu)化 269
5.7.5 三維空間下布局優(yōu)化實(shí)例 272
參考文獻(xiàn) 275
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