三元复合驱提高原油采收率建模及动态规划研究

Currently, Alkali-Surfactant-Polymer (ASP) flooding is an important tertiary oil recovery technology. Because of high temperature and high pressure under the ground, the chemical displacement agent interaction and mechanism of the fluid property of the displacement agent to are not very clear. At present mainly relying on the experimental data is to reveal. Besides, the cost of chemical displacement agent is high, and fluctuation of the oil price also has important effects on production benefit. In order to make the implementation of asp flooding more scientifically, this project is proposed to study the following aspects. 1. The mechanism of asp flooding is investigated and the mechanistic models are established by combining with the oilfield chemistry. Unconditionally stable alternating implicit finite difference method is studied to solve the numerical solution of mechanistic model. 2. A dynamic optimization model considering the crude oil price fluctuations will be built in which the performance index is the maximal net present value, the governing equations are the established mechanistic models, the inequality constraints are amount and concentration of displacement agent, the decision variables are injection concentration, slug size, displacement time, terminal time etc. 3. A high efficient algorithm of dynamic programming is studied to solve the dynamic optimization problem. 4. An injection strategy based on dynamic programming will be made for a real area in Shengli oilfield. This project is based on dynamic programming theory of distributed parameter systems. The research results have significant impact on the oilfield exploitation strategy making and increasing the economic benefits greatly.

三元复合驱是目前正在探索的一种重要的三次采油技术，由于在地下高温高压条件下，化学驱替剂相互作用以及驱替剂对流体物性的作用机理不很明确，目前主要依靠实验数据来进行揭示。另外化学驱替剂具有较高的成本，而油价波动也对生产效益具有重要影响，为了使得三元复合驱的实施更科学，本课题拟研究以下内容：1、结合油田化学，研究三元复合驱机理并建立机理数学模型，采用无条件稳定的交替隐式有限差分法研究机理模型的数值求解方法；2、建立考虑原油价格波动因素的三元复合驱动态规划模型，该模型以净现值最大为性能指标，以建立的机理模型为支配方程，以注入浓度、段塞尺寸、驱替时间、终端时间等为决策变量；3、研究高效的动态规划数值计算方法来求解三元复合驱动态规划问题；4、结合胜利油田矿场区块制定基于动态规划的注入方案。本课题建立在分布参数系统动态规划的理论基础之上，研究成果对油田开采策略的制定和提高经济收益具有重要的指导意义。

三元复合驱是一项重要的三次采油技术，本质上是一个复杂的分布参数系统。由于地下高温高压环境下驱替剂之间的相互作用、驱替剂对流体物性的作用机理都不明确，油价的波动也会对生产效益产生影响，因此三元复合驱提高原油采收率建模与动态规划求解是一个非常困难的任务。为提高原油采收率、增大生产效益，本课题主要贡献表现在如下方面的工作:（1）掌握驱替剂的作用机理以及油水的运移机理，综合考虑各物化代数方程及渗流方程，结合成本约束，控制受限等情形，建立三元复合驱机理模型；（2）研究果蝇优化算法、磷虾优化算法、螺旋优化算法等智能优化算法，针对矿场实例，以净现值为指标，对四注九采三元复合驱模型进行求解，优化注采策略；（3）针对三元复合驱控制变量不连续的最优控制问题，提出了一种基于自适应正交函数近似的方法，引入自适应策略和具有最优性验证的控制结构检测方法，提高求解精度、准确识别控制的不连续特性；（4）考虑原油价格的波动性与其他不确定性因素，以净现值和原油产量为指标建立多目标模糊优化模型，研究概率规划算法处理模型中的不确定性，并结合动态规划数值计算方法求解模型；（5）提出双正交时空Wiener建模方法，采用双正交时空分解，建立三元复合驱时空Wiener分布参数模型；（6）提出动态尺度混合整数迭代动态规划，引入整数截断策略处理整数变量，结合动态调整策略调整收缩因子和调整因子以提高算法精度。研究迭代动态规划求解三元复合驱时空Wiener分布参数模型；（7）针对矿场实例，结合有关数据，对本课题研究算法进行测试，制定最优注采方案。本课题的研究成果具有重要的理论创新意义和实际应用价值，为油田开发三元复合驱提高原油采收率提供了有力的技术支持。