高温高盐油藏聚合物驱提高原油采收率的最优控制方法研究

聚合物驱(油)是一种重要的提高原油采收率的三次采油技术。但聚合物价格高、实施风险大，必须制定科学的注采方案。本课题针对东部油区高温高盐油藏特点，拟采用最优控制方法研究聚合物驱的最优注采策略。首先在对聚合物驱进行经济评价的基础上，建立最优性能指标，该指标拟选取利润（净现值）最大；然后建立高温高盐油藏条件下聚合物驱的渗流物理方程，该物理方程包括油、水两相渗流方程以及聚合物的对流扩散吸附方程，是一个抛物型非线性偏微分方程组；另外还包括注采能力约束、聚合物总量约束等不等式约束。该优化问题是一个分布参数系统最优控制问题，优化变量包括：聚合物分段注入时机（段塞），每段塞间聚合物的浓度、井底压力、注采速度等。本课题将从理论上研究该类带有不等式约束的分布参数系统最优控制问题数值求解方法，并结合某实际矿场数据，制定出聚合物驱最优注采方案。本课题研究成果将对指导油田进行科学开采具有重要的实际意义。

高温高盐聚合物驱最优控制问题本质上是一类分布参数最优控制问题。本最优控制问题的支配方程为一组相互耦合的抛物型偏微分方程组，另外附加多个代数及不等式约束。对这个问题的求解是一个非常困难的任务。本课题主要贡献表现在如下方面的工作:（1）研究了具有不等式约束下的最优控制问题的求解算法，分别提出控制向量参数化方法，可变步长的控制向量参数化，基于混合遗传算法的最优控制求解方法等；（2）建立了高温高盐聚合物驱最优控制模型，该模型以利润净现值最大为性能指标，以聚合物驱油渗流物理方程为支配方程，综合考虑了成本约束，控制受限等情形；（3）利用极大值原理，推导出了聚合物驱最优控制问题的极值必要条件；（4）提出了基于非均匀控制向量参数化，混合遗传算法以及混合整数迭代动态规划的聚合物最优控制问题的数值求解算法；（5）开发了“高温高盐聚合物驱最优控制”软件；（6）该研究成果在胜利油田利21区块进行了实际矿场应用。