油田開發(fā)增產(chǎn)措施規(guī)劃多目標(biāo)優(yōu)化

1、<p>　　油田開發(fā)增產(chǎn)措施規(guī)劃多目標(biāo)優(yōu)化</p><p>　　摘 要：油田開發(fā)增產(chǎn)措施規(guī)劃能夠指導(dǎo)企業(yè)充分利用現(xiàn)有的資源，提高油氣開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。本文以資金投資量、生產(chǎn)成本、措施增產(chǎn)量、措施量為優(yōu)化目標(biāo)，建立了油田開發(fā)增產(chǎn)措施多目標(biāo)規(guī)劃模型。應(yīng)用多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解該模型，獲得了實(shí)現(xiàn)油田開發(fā)增產(chǎn)的各種措施優(yōu)化方案，為企業(yè)生產(chǎn)決策提供了指導(dǎo)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 油

2、田增產(chǎn) 措施規(guī)劃 多目標(biāo)優(yōu)化 粒子群優(yōu)化 </p><p>　　隨著多年石油開采，我國(guó)多數(shù)油田已進(jìn)入產(chǎn)量遞減階段，表現(xiàn)為后備儲(chǔ)量不足，難以穩(wěn)定產(chǎn)量，開采成本升高等[1-2]。針對(duì)這一問題，油田需要優(yōu)化配置現(xiàn)有的資源、資金、勞動(dòng)力和技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)石油開采的科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展。因此，本文采用優(yōu)化技術(shù)，根據(jù)當(dāng)前資源、技術(shù)、資金及人力情況，建立包含效益、成本、產(chǎn)油量多個(gè)目標(biāo)的規(guī)劃模型[3]，并采用一種群智能優(yōu)化算法即粒子群

3、優(yōu)化算法[4]求解模型，獲得增加油田經(jīng)濟(jì)效益的多種措施優(yōu)化方案，為油田生產(chǎn)決策提供指導(dǎo)與依據(jù)。 </p><p>　　1.油田開發(fā)增產(chǎn)措施規(guī)劃模型 </p><p><b>　　1）確定優(yōu)化目標(biāo) </b></p><p>　　在油田開發(fā)過程中，決策者關(guān)注的目標(biāo)不只一個(gè)，而是包括資金投資目標(biāo)；成本目標(biāo)；措施增油目標(biāo)；措施量目標(biāo)等，這些目標(biāo)相關(guān)聯(lián)又

4、相互沖突，因此需要建立油田開發(fā)增產(chǎn)措施多目標(biāo)規(guī)劃模型，而不是單目標(biāo)規(guī)劃模型。 </p><p><b>　　2）建立規(guī)劃模型 </b></p><p>　　對(duì)于處于穩(wěn)定后期的石油開采，需要采取大量增油措施，以確保穩(wěn)定的石油產(chǎn)量和較高的采收率，依據(jù)確定的目標(biāo)和各種約束條件，其模型如下： </p><p>　　目標(biāo)一：最小化資金投資 </p&

5、gt;<p><b>　　（1） </b></p><p>　　目標(biāo)二：最小化生產(chǎn)成本目標(biāo) </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　目標(biāo)三：最大化措施增油量 </p><p><b>　?。?） </b></p><

6、p>　　目標(biāo)四：最小化總措施量約束 </p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　其中，xj為第j項(xiàng)增油措施量；cj為第j項(xiàng)增油措施所需的單位投資； pj為第j項(xiàng)措施的單位采油成本；（Po）j為第j項(xiàng)措施的單位增油量，j=1，2，…，n。 </p><p><b>　　2.多目標(biāo)優(yōu)化 </b>&

7、lt;/p><p>　　在現(xiàn)實(shí)世界里，我們遇到的大多數(shù)優(yōu)化問題都是多目標(biāo)的，即需要優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)不是一個(gè)，而是由多個(gè)目標(biāo)函數(shù)構(gòu)成的向量，如某個(gè)具有k個(gè)目標(biāo)的優(yōu)化問題：max（f1（x），f2（x），…，fk（x））。在優(yōu)化其中某些目標(biāo)函數(shù)的同時(shí)，可能會(huì)造成另一些函數(shù)的惡化，因此在整個(gè)決策空間中，某些決策解在一些目標(biāo)上較好，但在其他目標(biāo)上較差，而另一些解恰恰相反，還有一些解雖然在任何目標(biāo)上都不是最優(yōu)，卻在所有目標(biāo)上都較

8、優(yōu)。 </p><p>　　為了求解多目標(biāo)優(yōu)化問題，當(dāng)前主要有三類方法：第一種是聚合方法，如Hajela & Lin提出的“可變目標(biāo)權(quán)重聚合法”[5]。這類方法在處理多目標(biāo)優(yōu)化問題時(shí)，為每一個(gè)目標(biāo)賦一個(gè)權(quán)重，從而將多目標(biāo)函數(shù)聚合成一個(gè)單目標(biāo)優(yōu)化問題。該方法存在的問題是難以確定合適的權(quán)重系數(shù)，而且當(dāng)目標(biāo)空間非凸時(shí)，可能造成失效。另外一種方法是Schaffer提出的“向量評(píng)估遺傳算法”。這種方法將種群分為幾個(gè)

9、子群體，每一子群體分別對(duì)應(yīng)一個(gè)目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)子種群內(nèi)的個(gè)體比較與選擇，然后放入配對(duì)池中進(jìn)行交叉變異操作。該方法只能產(chǎn)生在個(gè)別目標(biāo)上表現(xiàn)最優(yōu)的個(gè)體，無法得到在所有目標(biāo)上都不錯(cuò)的均衡解。第三類方法是基于Pareto支配關(guān)系進(jìn)行比較與選擇。 </p><p>　　本文采用基于Pareto支配的多目標(biāo)優(yōu)化求解，其優(yōu)點(diǎn)是能夠在一次求解中提供多種優(yōu)化措施，共決策者按照偏好進(jìn)行選擇。在進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化時(shí)，采用粒子群優(yōu)化算法搜索問題

10、最優(yōu)解。粒子群優(yōu)化算法（PSO） 源于對(duì)鳥群捕食的行為研究，1995 年由Eberhart 博士和kennedy 博士提出。該算法最初是受到飛鳥集群活動(dòng)的規(guī)律性啟發(fā)，進(jìn)而利用群體智能建立的一個(gè)簡(jiǎn)化模型。粒子群算法在對(duì)動(dòng)物集群活動(dòng)行為觀察基礎(chǔ)上，利用群體中的個(gè)體對(duì)信息的共享使整個(gè)群體的運(yùn)動(dòng)在問題求解空間中產(chǎn)生從無序到有序的演化過程，從而獲得最優(yōu)解。 </p><p>　　粒子群算法可以由下式表示： </p&g

11、t;<p><b>　　（5） </b></p><p>　　其中，、分別代表第i個(gè)粒子的速度向量與位置向量，代表個(gè)體最佳位置，代表第i個(gè)粒子的鄰域最佳位置。，，、為加速常數(shù)，通常在0～2之間取值；，為兩個(gè)相互獨(dú)立的隨機(jī)函數(shù)。 </p><p>　　3.增油措施策略分析 </p><p>　　通過多目標(biāo)優(yōu)化型可以獲得油田開發(fā)增油措

12、施目標(biāo)規(guī)劃模型的組合策略，其各階段的最優(yōu)結(jié)果如表1。 </p><p>　　表1 油田開發(fā)措施多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果（未標(biāo)注單位項(xiàng)為井次） </p><p><b>　　資金 </b></p><p>　?。▋|元） 直接采油成本 </p><p><b>　　（萬(wàn)元） 增油量 </b></p>

13、<p>　?。ㄈf(wàn)噸） 措施量 壓裂 酸化 </p><p>　　目標(biāo) 40806 49617.8 214 5365 213 72 </p><p>　　實(shí)際 40809 49616.7 214 4489 213 123 </p><p>　　補(bǔ)孔 堵水 轉(zhuǎn)抽 防砂 熱采 大修 </p><p>　　目標(biāo) 142 1203 150

14、502 2142 601 </p><p>　　實(shí)際 142 1203 150 0 2142 177 </p><p>　　根據(jù)優(yōu)化結(jié)果，在達(dá)到目標(biāo)最優(yōu)值時(shí)，現(xiàn)階段資金量均未超過目標(biāo)值，保證了投資不增的目標(biāo)。油田開發(fā)的直接采油成本低于目標(biāo)值6萬(wàn)元，因此降低成本是具體操作中可予以采取的措施之一。 </p><p>　　由各項(xiàng)分措施工作量最優(yōu)結(jié)果分析，酸化措施表現(xiàn)為工作

15、量不足，短缺53井次，資源短缺明顯。 </p><p>　　根據(jù)石油開采的不同階段，可對(duì)資金，開發(fā)成本，增油量，措施工作量等偏好調(diào)整，增加其決策的科學(xué)性和靈活性，提高油田開發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益。 </p><p><b>　　4.結(jié)論與建議 </b></p><p>　　在開采油田過程中，需要結(jié)合外部環(huán)境和內(nèi)部條件，按照管理層要求的多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃

16、，制定出完整合理的增產(chǎn)措施優(yōu)化方案。另一方面，需要及時(shí)控制、調(diào)整、監(jiān)督和協(xié)調(diào)方案的實(shí)施，并不斷對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以適應(yīng)生產(chǎn)階段的改變，最大化生產(chǎn)效益。本文以此出發(fā)，根據(jù)企業(yè)資源、技術(shù)、資金及人力情況，建立包含效益、成本、產(chǎn)油量多個(gè)目標(biāo)的規(guī)劃模型，并進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化求解，獲得增加油田經(jīng)濟(jì)效益的多種措施優(yōu)化方案，為油田生產(chǎn)決策提供指導(dǎo)與依據(jù)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b>&

17、lt;/p><p>　　[1] 陳月明，范海軍. 油田穩(wěn)產(chǎn)措施最佳配置[J]. 石油勘探與開發(fā). 1998（03） </p><p>　　[2] 陳月明，蓋英杰，范海軍. 油田穩(wěn)產(chǎn)措施規(guī)劃數(shù)學(xué)模型[J]. 經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué). 2000（02） </p><p>　　[3] 蓋英杰，范海軍，陳月明. 油田措施配置隨機(jī)規(guī)劃模型[J]. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）. 2000（02）

18、 </p><p>　　[4] 劉志東，陳華，鄒永明，張華. 粒子群算法求解油田措施多目標(biāo)規(guī)劃模型[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào). 2009（01） </p><p>　　[5] Hajela P，Lin C Y. Genetic search strategies in multicriterion optimal design. Structural Optimization，1992（04