油田機(jī)采過程高精度建模與生產(chǎn)優(yōu)化應(yīng)用研究.pdf

1、油田是產(chǎn)能大戶，也是耗能大戶。機(jī)械采油是油田主要耗能方式，但其效率普遍不足30％，若每臺(tái)采油設(shè)備節(jié)省一點(diǎn)能耗，則效益驚人。如何進(jìn)一步提升抽油機(jī)井采油技術(shù)和管理水平成為油田普遍關(guān)心和亟待解決的關(guān)鍵問題。數(shù)字化油田的發(fā)展使井上井下布置了大量檢測(cè)裝置，記錄了豐富詳實(shí)的工況參數(shù)與產(chǎn)量、能耗數(shù)據(jù)，這意味可由數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，從大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)中挖掘采油工藝潛在規(guī)律，并用數(shù)學(xué)模型描述；再通過智能優(yōu)化技術(shù)從獲取的工藝規(guī)律中尋找最佳的生產(chǎn)參數(shù)，以使得機(jī)采系統(tǒng)實(shí)

2、時(shí)保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效。為此，本文針對(duì)油田機(jī)采系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和生產(chǎn)參數(shù)智能優(yōu)化技術(shù)的關(guān)鍵科學(xué)問題展開深入研究，以油田機(jī)采系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過理論研究、仿真實(shí)驗(yàn)及軟件開發(fā)促進(jìn)油田機(jī)采系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自主建模、智能優(yōu)化和自動(dòng)決策，具體包括以下內(nèi)容：
　　(1)提出基于無跡粒子濾波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(UPFNN)的油田機(jī)采系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化建模方法。建立精準(zhǔn)的機(jī)采工藝模型是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)優(yōu)化的前提。由于機(jī)采系統(tǒng)受機(jī)械、地層、人為等不確定因素影響，難以準(zhǔn)確

3、掌握其生產(chǎn)參數(shù)、環(huán)境變量與系統(tǒng)性能之間的變化關(guān)系，為此本文提出利用無跡粒子濾波實(shí)時(shí)更新神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，建立基于無跡粒子濾波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)子空間逼近的機(jī)采系統(tǒng)非線性動(dòng)態(tài)演化模型。該方法利用無跡卡爾曼濾波對(duì)粒子進(jìn)行估計(jì)，產(chǎn)生重要性密度，并更新粒子，以提高提高粒子濾波精度，從而改善神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模精度。
　　(2)提出基于偏好多目標(biāo)優(yōu)化的油田機(jī)采過程生產(chǎn)參數(shù)優(yōu)化方法。油田為實(shí)現(xiàn)油藏的科學(xué)、合理化開采，通常需要根據(jù)油藏分布從全局上設(shè)計(jì)出各采油

4、區(qū)在一段時(shí)間內(nèi)的開采量（即給定生產(chǎn)制度）。因此，機(jī)采系統(tǒng)優(yōu)化不能以采油量最大和用能最低為目標(biāo)，而應(yīng)該以采油量接近某一給定值和用能最低作為優(yōu)化目標(biāo)。此外，油田機(jī)采系統(tǒng)生產(chǎn)優(yōu)化是在各種約束條件下求取目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值，屬于復(fù)雜的非線性優(yōu)化問題，應(yīng)用傳統(tǒng)優(yōu)化理論往往遇到困難。帶精英策略的非支配排序遺傳算法通過計(jì)算個(gè)體之間的擁擠度來回避共享參數(shù)指定問題，并采用精英策略保存父代種群的優(yōu)秀個(gè)體，可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)并行優(yōu)化。這使得其在處理工業(yè)過程問題復(fù)雜、高

5、維、難以解析得到的優(yōu)化模型時(shí)比傳統(tǒng)優(yōu)化方法更具優(yōu)勢(shì)。為此，本文首先結(jié)合無跡粒子濾波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的機(jī)采過程模型和面向生產(chǎn)制度的偏好函數(shù)，構(gòu)建偏好多目標(biāo)優(yōu)化模型，然后采用帶精英策略的非支配排序遺傳算法求解生產(chǎn)參數(shù)的Pareto解集，再通過有序加權(quán)獲得Pareto解集上每個(gè)方案的綜合評(píng)價(jià)，最終獲得最佳方案。
　　(3)開發(fā)數(shù)字化油田抽油機(jī)群調(diào)度優(yōu)化決策支撐系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)理論指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，本文將上述理論研究通過C#與MATLAB混合編程方式