基于SWIFT法的聚合物驅(qū)最優(yōu)控制求解及其并行化.pdf

1、聚合物驅(qū)是一種重要的提高原油采收率的技術(shù)，它具有成本高、風(fēng)險(xiǎn)大的特點(diǎn)，所以研究其最優(yōu)控制問(wèn)題進(jìn)而確定最優(yōu)開(kāi)發(fā)方案具有顯著地現(xiàn)實(shí)意義。由于聚合物驅(qū)模型是由一些偏微分方程所描述的，在求解其最優(yōu)控制的過(guò)程中會(huì)遇到巨大的計(jì)算量，所以研究其并行計(jì)算方法是十分必要的。本文使用SWIFT法求解了聚合物驅(qū)最優(yōu)控制問(wèn)題，獲取了聚合物驅(qū)最優(yōu)注入策略。同時(shí)，本文研究并實(shí)現(xiàn)了基于SWIFT法的聚合物驅(qū)最優(yōu)控制的并行求解。本論文的主要內(nèi)容如下： 本文介紹

2、了求解偏微分方程的有限差分法以及并行計(jì)算的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)基于實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件，構(gòu)建了一個(gè)小規(guī)模機(jī)群結(jié)構(gòu)的并行計(jì)算平臺(tái)，并且通過(guò)一個(gè)線性代數(shù)方程組并行求解的實(shí)例對(duì)該平臺(tái)進(jìn)行了測(cè)試。 本文研究了基于SWIFT法的最優(yōu)控制問(wèn)題求解。SWIFT法是非線性規(guī)劃中一種用于求解約束優(yōu)化問(wèn)題的直接搜索法。它通過(guò)罰函數(shù)法的思想來(lái)處理約束條件，然后使用非線性規(guī)劃中的單純形法求解無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題。在求解過(guò)程中，本文首先使用參數(shù)最優(yōu)化的方法對(duì)最優(yōu)控制

3、問(wèn)題進(jìn)行了轉(zhuǎn)化，這種方法選用時(shí)間域內(nèi)各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的控制變量作為控制向量中的參數(shù)，其他時(shí)刻的控制變量可由它們的插值得到。只要確定了最優(yōu)化控制向量，便可以得到最優(yōu)控制。于是問(wèn)題便轉(zhuǎn)化為了求解最優(yōu)控制參數(shù)的非線性規(guī)劃問(wèn)題。通過(guò)熱傳導(dǎo)最優(yōu)控制問(wèn)題的求解實(shí)例驗(yàn)證了SWIFT法的有效性。 結(jié)合聚合物驅(qū)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停疚难芯苛嘶赟WIFT法的聚合物驅(qū)最優(yōu)控制問(wèn)題的求解。在最優(yōu)控制模型中，性能指標(biāo)為聚合物驅(qū)所獲得的利潤(rùn)，支配方程為描述聚合物驅(qū)機(jī)

4、理的滲流力學(xué)方程，同時(shí)選取聚合物注入濃度和注入時(shí)間作為最優(yōu)控制變量，通常情況下它們會(huì)受到約束條件的限制。本文使用SWIFT法分別獲得了單段塞、雙段塞和三段塞情形下的聚合物驅(qū)最優(yōu)注入策略，優(yōu)化結(jié)果表明SWIFT法對(duì)求解該問(wèn)題是有效的。 本文研究了基于SWIFT法的聚合物驅(qū)最優(yōu)控制問(wèn)題的并行求解，分別從算法結(jié)構(gòu)的局部并行和聚合物驅(qū)模型的數(shù)值模擬兩個(gè)方面進(jìn)行了并行化處理。在數(shù)值模擬并行化過(guò)程中，使用基于界面修正以及移動(dòng)界面的并行差分方