[发明专利]基于最优控制理论的海上油藏动态实时生产优化方法

权利要求书

1.一种基于最优控制理论的海上油藏动态实时生产优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：建立油藏数模模型

利用Eclipse软件建立油藏数模模型，模型文件包括以下内容：

1)BASE.DATA：数模模型的主文件，用于对油藏进行数字化，模拟油藏油水流动关系，并对油藏生产动态进行预测；

2)init.inc文件：数模模型的场文件，其中包括SGAS、PRES、SWAT、RS模型场文件；

3)sch.inc文件：数模模型的油水井生产动态文件，包括油水井的工作制度、预测时间及步长；

4)ZSQ_GIRD文件：数模模型经过历史拟合后的网格数据；

5)重启文件：将需要重启的模型数据体重新导出整理，并单独做成数据体，直接从优化第一年开始运行，避开重启文件的不断调用，节省时间；

第二步：建立油藏动态实时优化数学模型

目标函数(NPV)＝油价×累产油-注水及产出水的费用-其它费用

式中，J为净现值，万元；u为控制变量向量；y为油藏地质静态参数；m为油藏生产动态参数；L为油藏生产时间内控制步数；N_P为生产井数；N_I为注水井数；r_o为原油单价，万元/吨；r_w为产出水处理成本，万元/吨；r_wi为注水成本，万元/吨；q_o为累产油，吨；q_w为累产水，吨；q_wi为累注水，吨；t为自定义时间；Δt为时间段；b为年利率，％；

第三步：建立数学模型的约束条件

1)油田整体规划的限制：e_i(u,y,m)＝0；

2)油藏整体注采量的限制：c_j(u,y,m)≤0；

3)单井注采能力的限制：

式中，和分别表示第k个控制变量u_k的上下边界；e_i(u,y,m)＝0和c_j(u,y,m)≤0分别为等式约束条件和不等式约束条件；

第四步：选取用于求解模型的优化算法

第二步的油藏动态实时优化数学模型与第三步的数学模型的约束条件共同形成了考虑油藏开发实际限制条件的油藏动态实时优化数学模型；选取以下两种优化算法，分别确定控制变量的搜索方向和大小，进而求解数学模型；

1)SPSA梯度算法：搜索方向为上山方向，且期望值为真实梯度

实际注采参数往往在时间上具有一定的相关性，而伯努利分布向量彼此完全独立，所得方案具有较强波动性；为此，引入控制变量协方差阵C_U生成新的扰动向量，进行连续化处理；控制变量光滑化处理；

高斯模型：

式中，g^l(u^l)为目标函数在u^l处的梯度函数；u^l为第l个迭代步的最优控制变量；l为迭代步；J(u^l)为u^l处的目标函数；ε_l为扰动步长；Δ_l为扰动向量，为±1伯努利分布；C_U为N维控制变量协方差矩阵；Z_l为服从标准正态分布的扰动向量；C_U^1/2为N维下三角方阵；C_i,j为时间步为i，j时的相关值；σ为标准方差；a为时间相关长度；

2)投影梯度法：当迭代点位于可行域的边界上且其梯度方向指向可行域外部时，将其在边界上的投影作为搜索方向；

式中，s^l为随机扰动产生未知梯度J_M(s^l)的逼近梯度时，求取的新的估计值；α为计算步长；为目标函数与计算值的差值；P为构造负梯度方向；I为单位矩阵；为n时刻油藏总的注水量和产液量形成的矩阵；T为矩阵转置；Nu表示个数，如u_Nu代表第Nu个变量；

第五步：调用油藏数模模型进行迭代计算

第四步的优化算法会在第三步的约束条件下，不断调整油水井的工作制度(即注水井的注入量及采油井的产液量)，实现各开发井在每个时间步上实时进行工作制度的改变；然后该优化算法会调用Eclipse软件，计算第一步建立的油藏数模模型的最终累产油量、累注水量及累产水量结果，并将计算结果返回到第二步建立的油藏动态实时优化数学模型，计算经济效益(净现值NPV)；最终，根据计算的经济效益结果是否为最优，给出新的油水井工作制度，进行迭代优化，不断循环运算，直至得到能实现最大经济效益的油水井最优工作制度。