科研動(dòng)態(tài)
油田分注井筒-配水器-地層耦合流動(dòng)仿真及協(xié)同調(diào)配模型研究
中文題目：油田分注井筒-配水器-地層耦合流動(dòng)仿真及協(xié)同調(diào)配模型研究
論文題目：Research on oil field injection wells coupled flow simulation of wellbore-flow Controller-stratum and cooperative regulation model
錄用期刊/會(huì)議：第36屆中國(guó)控制與決策會(huì)議(CCDC 2024) （CAA A類(lèi)會(huì)議，EI會(huì)議論文）
原文DOI： 10.1109/CCDC62350.2024.10587693.
原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10587693/authors#authors
錄用/見(jiàn)刊時(shí)間：2024.06
作者列表：
1）魏 琪 中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院 油氣田開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè) 博 20
2）檀朝東 中國(guó)石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 研究生導(dǎo)師
3）高小永 中國(guó)石油大學(xué)（北京）人工智能學(xué)院 研究生導(dǎo)師
文章簡(jiǎn)介:
本文以最小配注誤差和最小井口壓力為優(yōu)化目標(biāo)，建立基于遺傳算法的分注井多層協(xié)同調(diào)配優(yōu)化方法，旨在為分注井精細(xì)化調(diào)配方案制定提供科學(xué)決策方法和優(yōu)秀分析工具，推動(dòng)油田精細(xì)化開(kāi)發(fā)。
摘要:
分層注水工藝是提高精細(xì)化注水開(kāi)發(fā)效果的關(guān)鍵手段。當(dāng)前分注井測(cè)調(diào)主要依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)和儀器遍歷法自動(dòng)測(cè)調(diào)，造成多層段調(diào)配耗時(shí)長(zhǎng)、效率低、配注合格率低。本文基于井筒管流能量守恒和物料平衡準(zhǔn)則，建立了分層注水井筒-配水器-地層耦合流動(dòng)仿真模型， 構(gòu)建了基于Levenberg-Marquardt (LM)算法的多井層段注水量求解方法；以最小配注誤差和最小井口壓力為優(yōu)化目標(biāo)，建立了基于遺傳算法(GA)的分注井多層協(xié)同調(diào)配優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)各層配水器開(kāi)度的優(yōu)化調(diào)配；以4層段X-01井為例，模擬仿真了不同注水壓力需求下的最低累計(jì)配注誤差的調(diào)配方案優(yōu)化決策過(guò)程，且對(duì)比分析了遺傳算法(GA)與粒子群（PSO）的全局尋優(yōu)性能。研究表明，本文模型及方法計(jì)算精度高、全局尋優(yōu)能力強(qiáng)，制定的調(diào)配方案適應(yīng)性強(qiáng)、累計(jì)配注誤差小，為分注井精細(xì)化調(diào)配方案制定提供了科學(xué)的決策方法和優(yōu)秀的分析工具，對(duì)推動(dòng)油田精細(xì)化開(kāi)發(fā)具有較好的理論及實(shí)用價(jià)值。
背景與動(dòng)機(jī):
現(xiàn)有第四代分層注水工藝雖有多項(xiàng)測(cè)調(diào)一體化新技術(shù)，卻在注水層段增加時(shí)存在注水量偏移、測(cè)調(diào)依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)、多層調(diào)配耗時(shí)長(zhǎng)效率低等問(wèn)題，且分注井管流物理模型及求解方法存在未考慮配水器流入地層能量變化、精度速度受限、缺乏井口到井底能量損失考慮等不足。
設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):
基于井筒管流能量守恒和物料平衡準(zhǔn)則，建立分層注水井筒 - 配水器 - 地層耦合流動(dòng)仿真模型和基于 LM 算法的多井層段注水量求解方法，以最小配注誤差和最小井口壓力為優(yōu)化目標(biāo)，建立基于遺傳算法的分注井多層協(xié)同調(diào)配優(yōu)化方法。
圖1 遺傳算法分層調(diào)配優(yōu)化流程
主要內(nèi)容:
以4層段X-01分注井為例，模擬仿真了不同注水壓力需求下的最低累計(jì)配注誤差的調(diào)配方案優(yōu)化決策過(guò)程，且對(duì)比分析了遺傳算法(GA)與粒子群（PSO）的全局尋優(yōu)性能。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析:
比較可知，PSO的迭代求解過(guò)程更為平緩；遺傳算法的迭代求解過(guò)程中，由于算法機(jī)制中變異和交叉操作，遺傳算法在迭代過(guò)程中穩(wěn)定性更差。表1為遺傳算法(GA)和粒子群算法(PSO)的最優(yōu)解，遺傳算法給出的最優(yōu)解井口注水壓力
,對(duì)應(yīng)的開(kāi)度方案下，單層段最大配注誤差為10.09%，四層段累計(jì)配注誤差為10.74%，最優(yōu)方案對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度
。分析表1結(jié)果可知，遺傳算法（GA）給出的配注方案造成配注誤差大的原因是吸水能力較差的Num1層。粒子群算法給出的最優(yōu)解井口注水壓力
，單層最大配注誤差為15.08%，四層累計(jì)層段誤差為17.92%，最優(yōu)方案對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度
；粒子群算法求解的調(diào)配方案井口過(guò)小，不僅導(dǎo)致了Num1層的配注誤差增加，Num4層的配注誤差也達(dá)到了2.07%。
圖2遺傳算法(GA)迭代過(guò)程
圖3粒子群算法(PSO)迭代過(guò)程
表1 遺傳算法(GA)粒子群算法(PSO)最優(yōu)解
結(jié)論:
驗(yàn)證結(jié)果表明，模型及方法計(jì)算精度高、全局尋優(yōu)能力強(qiáng)，制定的調(diào)配方案適應(yīng)性強(qiáng)、累計(jì)配注誤差小，為分注井精細(xì)化調(diào)配方案制定提供了科學(xué)的決策方法和優(yōu)秀的分析工具，對(duì)推動(dòng)油田精細(xì)化開(kāi)發(fā)具有較好的理論及實(shí)用價(jià)值。
通訊作者簡(jiǎn)介:
檀朝東，博士，教授，正高級(jí)工程師，博士生導(dǎo)師。人工智能學(xué)院教師，從事教學(xué)和科研工作。研究方向：油氣舉升工程理論與智能化方法，注采設(shè)備故障診斷理論與方法，多能互補(bǔ)微網(wǎng)生產(chǎn)優(yōu)化，檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置。