油田开发规划决策系统(油田开发规划专题报告)

油田开发规划决策系统西南石油大学刘志斌二00五年十一月概述原理与方法主要内容分项产量预测产量构成优化措施产量结构优化产量分配及措施最优控制主要成果软件设计应用实例分析软件演示项目概述项目概述原石油天然气总公司：“油田开发动态特征及最优化研究”已应用于中原油田华北油田胜利油田现推广应用于新疆油田背景项目概述开发优化的目的及重要性随着由计划经济向市场经济过渡在各大油田的推进进程，油田体制与机结构改革的完善，国外油公司先进的油藏经营管理理论的引入。油田将从过去的以完成“计划的任务”向着追求自身的效益过渡。即如何提高油田的效益是现在及今后各大油田面临的最主要的问题。而解决这一问题的实质就是制定科学合理的“油田开发优化方案”。项目概述解决的主要问题一、开发指标预测问题，特别是产量及各分项产量的预测问题；二、产量及分项产量的最优构成问题；三、产量及分项产量的成本最优构成问题；四、产量及分项产量的工作量最优构成问题；五、如何最优的将全油田的产量分配到各采油厂；六、油田的措施最优控制问题。项目概述检131采油一厂(总产量)定产量优化定成本优化效益优化红浅二区四2区五1区车排子红山嘴总产量预测及最优分配项目概述检131采油一厂(自然产量)定自然产量优化定自然成本优化自然效益优化红浅二区四2区五1区车排子红山嘴自然产量预测及最优分配项目概述检131采油一厂(措施产量)定措施产量优化定措施成本优化措施效益优化红浅二区四2区五1区车排子红山嘴措施产量预测及最优分配项目概述自然产量措施产量新井产量采油一厂产量自然产量稠油自然产量稀油措施产量稠油措施产量稀油新井产量稠油新井产量稀油分项产量预测及最优构成项目概述分项产量预测及最优构成稀油自然产量稀油措施产量稀油新井产量采油一厂产量全厂稠油全厂稀油稠油自然产量稠油措施产量稠油新井产量项目概述分项措施产量预测及最优构成压裂酸化大修采油一厂措施产量稠油措施产量稀油措施产量挤液补孔热采挤液补孔热采调剖卡堵水转抽其它措施项目概述分析按开采方式、按油田、按采油厂的产量构成；从历史信息出发定性的研究各分项产量的影响因素；利用神经网络方法与微分模拟原理定量地分析并得到各分项产量与其影响因素的关联关系；研究并建立各分项产量及其它开发指标带控制因素的神经网络及微分模拟预测模型；研究并建立油田开发规划中的产量构成优化及措施产量结构优化模型；研究并得到胜利油田对各二级单位的产量最优分配及全油田的措施最优控制；基于Access数据库在VB.NET环境下开发油田开发动态预测及优化应用软件。研究的主要内容及思路项目概述功能模拟原理神经网络方法微分模拟方法现代优化技术优化建模方法离散化技术优化算法的计算机实现所采用的方法和原理预测产量构成分析影响因素分析关联关系的建立产量影响因素分析分析每项产量的影响因素。如：自然产量的影响因素含油井开井数，水井开井数，剩余可采储量，含水率等；措施产量的影响因素含措施井次，采出程度，措施有效井次等。功能模拟原理微分模拟模型预测由统计理论根据历史信息实现功能的同构，建立系统的输入输出的关联关系，进而外推进行预测。神经网络方法模型预测模仿人脑的神经元结构，利用系统的输入的输出信息建立系统描述，进而进行系统的预测与控制。微分模拟方法t0t1t2t3t4tn对于给定的时间序列：x(ti)＝（x(t0），x(t１），x(t２），…）具有很强的随机性。数据预处理ikkitxtx0)0()1(ikkitxtx0)1()2(作累加序列：数据预处理t0t1t2t3t4tnt0t1t2t3t4tn新的数据列随机性被弱化，曲线明显地具有单调上升微分模拟方法j=1,2,….hjnjjjtxtxtxtX...21同理多变量时间序列：微分模拟方法类似单变量则有：ikijtXtX01tAXdttdX11累加序列：微分模拟方法其中：dttdxdttdxdttdxdttdXn112111...nnnnnnaaaaA*1111...............tAXdttdX11对模型：微分模拟方法从系统输入与输出的观点看，系统功能模拟的状态方程为：系数矩阵A、B用最小二乘法识别tBUtAXdttdX111神经网络方法神经网络方法神经元的阀值和神经元之间权值阀值的计算：产量构成优化总产量及对应的工作量、成本的构成优化分项产量及对应的工作量、成本的构成优化措施产量及对应的工作量、成本的构成优化油田开发优化模型的建立产量构成优化模型措施产量结构优化模型产量分配优化模型最优化方法与原理优化模型的三大要素：优化目标的确定优化决策变量分析优化所受条件限制产量构成优化模型定产量、成本最低优化模型产量构成优化模型定成本、产量最大优化模型产量构成优化模型定产量、定成本效益最好优化模型措施产量结构优化模型定措施工作量、定措施成本、措施产量最大优化模型措施产量结构优化模型定产量、定措施工作量、成本最低优化模型措施产量结构优化模型定措施、定产量、效益最好优化模型产量分配第k作业区第i作业区第一作业区第k采油厂第i采油厂第一采油厂新疆油田公司.........全油田产量分配到各下级单位产量分配优化模型)()(.)(minkbkXAtskXCkk),,,(21pkkkkcccCTkpxkxkxkX)),(),2(),,1(()(pqkqpkqkqkqkpkkkkpkkkkaaaaaaaaaaaaA)(3)(2)(1)(333)(32)(31)(223)(22)(211111Tqkbkbkbkb))(),(),(()(21其中将全油田的产量最优的分配到各采油厂或将采油厂的产油量最优的分配到各作业区最优化模型算法非线性一维黄金分割法非线性多维无约束最速下降算法非线性多维带约束的SUMT方法线性优化的单纯形法多目标决策的评价函数方法.))(,),(),(()(21txtxtxtXn))(,),(),(()(21tutututUm是状态变量是控制变量开采指标的最优控制给定期望的状态变量（如产油、产水、平均压力等）值，寻找油田的最优控制措施（如井数、注水量、措施等）对此系统方程，要使状态X(1)(t)尽可能按希望轨迹线发展，并且消耗尽可能少，相当于求如下的最优控制问题。1][212121ttNdttUttXMintUtBtXtAdttdX1110XtX101niixXXX122,其中，表示nxxxX,,21的范数这是典型的二次最优控制问题，可用极值原理求解最优控制模型求解开发规划决策系统设计软件开发环境Windows98、Windows2000VB.NetAccess软件模块功能及概要设计软件详细设计软件操作流程系统结构软件模块结构模块功能概述软件模块功能及概要设计系统结构大修增产量卡堵水增产量换抽增产量其它措施增产量酸化增产量压裂增产量补孔该层增产量措施产量老区新井产量新区新井产量第k作业区第i作业区第一作业区第k采油厂第i采油厂第一采油厂新疆油田公司.........老井自然产量软件模块结构系统预测模块该模块主要完成各分项产量的预测。开发规划模块该部分是优化决策软件的核心部分，可以完成年度开发规划决策和五年开发规划决策（产量构成优化、措施结构优化）。最优控制模块对全局（或各采油厂），给定期望的状态（如产油量，产水量，平均压力等）确定相应的最优控制措施。产量分配模块将全油田产量按“定产量规划”“定投资规划”“效益规划”最优地分配到各个采油厂。模块功能概述系统预测模块开发优化模块最优控制模块产量分配模块软件详细设计一、输入首先从数据文件中选择需预测的数据项（一项或多项），取出要预测的数据项的历史数据；再选择每一预测数据项所对应的影响的数据字段、取出所选数据字段的历史数据。二、处理1、采用的方法：神经网络方法或微分模拟方法2、计算拟合精度=（实际值-预测值）/实际值3、时间预测一年或预测多年，保存上一年的预测值,作为预测下一年的历史数据。三、输出1、输出预测值2、输出历史数据、预测值随时间变化的图形3、输出影响因素的相关系数4、输出预测拟合精度对比图、表5、预测变量与影响因素随时间变化的关系图软件详细设计（系统预测）一、输入1、选择优化目标：定产量规划、定投资规划、效益规划2、读入历史数据3、输入规划年影响因素估计值4、输入各项产量上下限5、输入规划约束条件二、处理采用的方法：神经网络方法或微分模拟方法三、输出1、产量构成表、图2、成本最优构成表、图3、历史数据及优化结果对比表、图4、优化结果综合输出表、图软件详细设计（开发规划）输入1、选择操作单位2、选择状态变量及对应采取的控制措施可选的状态变量有：产油量、产水量、含水率等。可选的控制措施有：油井开井数、水井数、压裂井次、酸化井次等。3、输入历史数据起始年、终止年。4、输入优化年状态变量的期望值。计算得到：1、状态变量及措施变量数据表2、产油量最优控制图软件详细设计（最优控制）一、输入1、目标选择：“定产量规划”、“定投资规划”、“效益规划”2、规划指标选择：生产井数，水井开井数，注水井，油井开井数，注水量…等。3、输入规划指标规划年的估计值及规划条件4、输入全局的定产量、定投资、油价等5、输入各厂产油量上下界二、输出1、最优产量构成表、图2、规划最优指标表、图3、规划指标最优构成表、图软件详细设计（产量分配）实例分析（一）选择陆上稀油自然产量影响因素为：可采储量采出程度采油井开井总数累积剩余可采储量操作成本预测全厂稀油自然产量输入预测影响因素预测年的估计值，选择不同的预测方法得到历史拟合情况及预测结果。实例分析（一）实例分析（二）产量构成优化四类产量对应的影响因素配置如下：陆上稀油：单位完全成本、新井井数、年新增动用地质储量、总产能、措施总井次、总投资；稠油热采、埕岛：同上；三次采油：聚合物干粉用量、吨聚增油量、单位完全成本、动用地质储量、总投资实例分析（二）产量构成优化（定产量）实例分析（二）产量构成优化（定产量）实例分析（二）产量构成优化（定产量）实例分析（二）产量构成优化（定产量）实例分析（二）产量构成优化（定产量）实例分析（二）措施产量结构优化（定产量）实例分析（二）措施产量结构优化（定产量）实例分析（二）措施产量结构优化（定产量）实例分析（二）措施产量结构优化（定产量）项目研究主要成果一．利用神经网络方法与微分模拟原理定量地分析并得到了各分项产量与其影响因素的关联关系（是一种严重非线性的广义的隐函数关系）。二．研究并建立了各分项产量及其它开发指标带控制因素的神经网络及微分模拟预测模型；三．应用神经网络方法与微分模拟原理建立的关联关系，研究并得到了在不同目标下油田开发规划中的产量构成优化及措施产量结构优化模型。项目研究主要成果四、研究并得到了胜利油田对各二级单位的产量最优分配及全油田的措施最优控制。五、基于Access数据库在VB.NET环境下开发了包含研究内容一、二、三、四的油田开发规划优化应用软件。软件既能实现对预测产量影响因素的任意配置，也能实现分项产量构成的任意配置。能进行年度预测与开发规划，也能进行多年的产量预测与开发规划。六、建立的油田开发规划中的产量构成优化及措施产量结构优化模型属国内首创（详见四川省情报信息研究所查新报告）。开发的应用软件用户界面友好、操作灵活、功能完备。实例运行结果可靠、符合实际，应用前景广阔。