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，它具有成本高、風險大的特點，所以研究其最優(yōu)控制問題進而確定最優(yōu)開發(fā)方案具有顯著地現(xiàn)實意義。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)控制的過程中會遇到巨大的計算量，所以研究其并行計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)控制問題，獲取了聚合物驅(qū)最優(yōu)注入策略。同時，本文研究并實現(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算的相關基礎知識，同時基于實驗室的現(xiàn)有條件，構建了一個小規(guī)模機群結構的并行計算平臺，并且通過一個線性代數(shù)方程組并行求解的實例對該平臺進行了測試。 本文研究了基于SWIFT法的最優(yōu)控制問題求解。SWIFT法是非線性規(guī)劃中一種用于求解約束優(yōu)化問題的直接搜索法。它通過罰函數(shù)法的思想來處理約束條件，然后使用非線性規(guī)劃中的單純形法求解無約束優(yōu)化問題。在求解過程中，本文首先使用參數(shù)最優(yōu)化的方法對最優(yōu)控制

3、問題進行了轉(zhuǎn)化，這種方法選用時間域內(nèi)各個時間節(jié)點上的控制變量作為控制向量中的參數(shù)，其他時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)劃問題。通過熱傳導最優(yōu)控制問題的求解實例驗證了SWIFT法的有效性。 結合聚合物驅(qū)實驗模型，本文研究了基于SWIFT法的聚合物驅(qū)最優(yōu)控制問題的求解。在最優(yōu)控制模型中，性能指標為聚合物驅(qū)所獲得的利潤，支配方程為描述聚合物驅(qū)機

4、理的滲流力學方程，同時選取聚合物注入濃度和注入時間作為最優(yōu)控制變量，通常情況下它們會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)化結果表明SWIFT法對求解該問題是有效的。 本文研究了基于SWIFT法的聚合物驅(qū)最優(yōu)控制問題的并行求解，分別從算法結構的局部并行和聚合物驅(qū)模型的數(shù)值模擬兩個方面進行了并行化處理。在數(shù)值模擬并行化過程中，使用基于界面修正以及移動界面的并行差分方