基于改进智能算法的CO2水气交替驱注采参数优化方法

本发明涉及基于改进智能算法的co2水气交替驱注采参数优化方法，属于油藏开采。

背景技术：

1、随着现代经济的高速发展，工业及生活中排放了大量co2等温室气体，co2提高采收率技术可以利用co2开发原油，并使co2埋存于油藏中，减少co2排放量。co2水气交替驱是一种应用广泛的一种co2提高采收率技术，该技术可充分利用co2驱和水驱的优势，一方面co2具有粘度低、密度小的特点，可以降低原油粘度、改善水油流度比、膨胀原油体积、降低界面张力，另一方面注入水可以有效减小co2粘性指进，提高其波及体积，有助于减缓气窜，节约成本。

2、co2水气交替驱涉及的注采参数众多，包括注入速度、段塞大小以及气水比等，不合理的注采参数方案难以发挥co2水气交替驱提高原油采收率和co2埋存的作用。传统油藏数值模拟方法进行co2水气交替驱注采参数优化时费时费力，成本高，甚至难以实现；油藏工程和渗流力学方法考虑的因素较少，优化准确性较差；常用的粒子群、模拟退火等优化算法存在收敛速度慢、收敛精度低的问题。相比于上述优化算法，饥饿游戏搜索算法优化速度更快、精度更高，适合于co2水气交替驱注采参数优化过程。然而，饥饿游戏搜索算法在产生初始co2水气交替驱注采参数方案时所使用的随机数属于伪随机数，通常服从均匀分布，虽然其原理简单、使用方便，但难以保证注采参数取值的随机性，导致饥饿游戏搜索算法容易陷入局部最优，优化精度和速度有待进一步提高。混沌映射函数具有准随机性、遍历性、敏感性、规则性等特性，可以保证注采参数取值的随机性。因此，本技术利用混沌映射函数改进饥饿游戏搜索算法，优化co2水气交替驱注采参数，进行co2水气交替注采参数优化设计，提高注采参数优化准确性和效率，改善油田co2水气交替驱开发及埋存效果。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种基于改进智能算法的co2水气交替驱注采参数优化方法。本发明利用混沌映射函数改进饥饿游戏搜索算法，提高co2水气交替驱注采参数优化准确性和效率，解决现有方法优化准确性差、效率低、甚至难以实现co2水气交替驱注采参数优化的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、基于改进智能算法的co2水气交替驱注采参数优化方法，包括步骤如下：

4、（1）基于实际油田的地质数据、岩石流体数据及生产数据，考虑co2水气交替提高采收率机理及水、co2段塞组合方式，依次建立三维精细地质模型、co2流体模型和生产动态模型，进而得到co2水气交替驱油藏数值模拟模型，实现co2水气交替驱过程的准确模拟；

5、（2）在油田实际co2水气交替驱注采参数界限范围内，改变所建co2水气交替驱油藏数值模拟模型内注采参数值，预测油田开发年限内的累产油量，研究得到注采参数对累产油量的影响规律，预测结果与规律皆由步骤（1）中建立的co2水气交替驱油藏数值模拟模型直接得出，根据不同方案就可以得出不同累产油量即可分析影响规律，设定co2水气交替驱注采参数优化范围；

6、（3）在co2水气交替驱注采参数优化范围内，利用混沌映射函数改进饥饿游戏搜索算法进行co2水气交替驱注采参数优化，确定最优co2水气交替驱注采参数方案；

7、（4）利用最优co2水气交替驱注采参数方案预测co2水气交替驱油藏数值模拟模型开发指标，与优化前方案对比，评价最优co2水气交替驱注采参数方案的开发潜力。

8、根据本发明优选的，所述步骤（1）中实际油田的地质数据包括顶面构造图、各小层厚度图、渗透率分布图、孔隙度分布图、地震解释数据体；岩石流体数据包括油水、气液相对渗透率曲线、岩石压缩系数、地层油水界面深度、参考压力、参考深度、饱和压力、co2最小混相压力实验数据、注co2膨胀实验数据、等组成膨胀实验数据；生产数据包括井轨迹数据、射孔数据以及生产历史数据，生产历史数据包括注入井co2和水注入量、注入压力和生产井井底流压、产液速度、产油速度、产水速度、co2产出速度。

9、根据本发明优选的，所述步骤（1）中考虑co2水气交替提高采收率机理包括co2溶解降粘、改善水油流度比、膨胀原油体积、降低界面张力机理。

10、根据本发明优选的，所述步骤（1）中co2流体模型的建立过程为：将原油划分为4~6个拟组分，将co2单独作为一个组分，将相似组分合并，但合并数不能过多，4-6为最佳，能同时满足计算效率和准确性要求；利用流体相态计算软件或模型，拟合注co2膨胀实验、等组成膨胀实验、co2最小混相压力实验的饱和压力、膨胀系数、相对体积、原油粘度、最小混相压力参数，控制每个实验参数拟合误差均小于5%，从而得到各组分临界温度、压力以及相互作用系数。

11、根据本发明优选的，所述步骤（1）中三维精细地质模型网格数大于1.5万，含油饱和度通过油水界面高度、参考压力以及参考深度确定；参考压力即油藏中部压力，参考深度即油藏中部深度，默认油水界面以上都是油，以下都是水。

12、根据本发明优选的，所述步骤（2）中co2水气交替驱注采参数包括各注入井的co2注入速度、co2段塞以及水段塞大小。

13、根据本发明优选的，所述步骤（3）中混沌映射函数包括tent映射函数、logistic映射函数、gussian映射函数、singer映射函数。

14、根据本发明优选的，所述步骤（3）中利用混沌映射函数改进饥饿游戏搜索算法进行co2水气交替驱注采参数优化的步骤为：

15、1） 选取映射函数

16、在0~1范围内取一定量的随机数，将每个随机数依次代入混沌映射函数得到函数值，即混沌值，得到关于计算次数与混沌值关系的散点图；统计不同范围内混沌值出现的频次，绘制关于不同范围与混沌值出现频次的分布直方图，分析散点图的随机性以及分布直方图的均匀性选择最优混沌函数，散点图最随机、分布直方图最均匀即为最优，用于改进饥饿游戏搜索算法。

17、2） 产生初始种群

18、根据确定的co2水气交替驱注采参数优化范围，确定co2水气交替驱注采参数方案数量 n，并通过最优混沌映射函数确定每个注采参数方案的初始值。

19、3） 饥饿角色

20、首先计算饥饿游戏搜索算法中的范围控制器r，用于表示动物离目标食物越来越近的过程中活动范围逐渐变小，控制饥饿游戏搜索算法的收敛性，可以用公式（1）表示：

21、（1）

22、式中，r为范围控制器；rand为分布在（0, 1）之间的随机数；shrink为收缩数，可由公式（2）计算：

23、（2）

24、式中，shrink为收缩数；t为总迭代次数；t为当前迭代次数；

25、计算饥饿游戏搜索算法中的变量控制器e，用来控制每个动物寻找目标食物的行为，可以用公式（3）计算：

26、（3）

27、式中，e为变量控制器； f(i)为第 i个co2水气交替驱注采参数方案的累产油量，通过建立的co2水气交替驱油藏数值模拟模型计算得到；bf为截至目前迭代次数中的co2水气交替驱注采参数方案对应的最大累产油量；sech表示双曲正割函数；

28、计算初始饥饿感th，如公式（4）表示：

29、（4）

30、式中，th为初始饥饿感；wf为截至目前迭代次数中的co2水气交替驱注采参数方案对应的最小累产油量；r1为分布在（0，1）之间的随机数；ub（j）和lb（j）分别为第j个co2水气交替驱注采参数优化范围的上下边界；

31、得到初始饥饿感th后，可以用公式（5）来计算饥饿感h：

32、（5）

33、式中，h为饥饿感；r2为分布在（0，1）之间的随机数；lh为饥饿感的下限；

34、得到饥饿感h后，饥饿量hungry（ i）可以用公式（6）表示：

35、（6）

36、式中，hungry（ i）为饥饿量； allfitness（ i）为当前迭代次数中第 i个co2水气交替驱注采参数方案的累产油量；

37、在寻找目标食物的过程中，饥饿游戏搜索算法利用饥饿量hungry（ i）来模拟动物对目标食物的渴望程度，饥饿量越大，动物对目标食物的渴望程度也越大。

38、4） 接近食物

39、为了降低饥饿游戏搜索算法计算过程中误差带来的影响，同时增强算法的自适应性，避免局部最优，引入实际搜索食物过程中位置的偏差w1、饥饿对于活动范围的影响w2两个变量，可以用公式（7）和公式（8）计算：

40、（7）

41、（8）

42、式中，w1为实际搜索食物过程中位置的偏差；w2为饥饿对于活动范围的影响；shunrgy为每个co2水气交替驱注采参数方案的累产油量总和；r3、r4和r5为三个分布在（0，1）之间的随机数； l为参数； exp为指数函数；

43、最后，饥饿游戏搜索算法中动物接近食物的行为如式（9）所示；

44、（9）

45、式中，r6和r7为两个分布在（0，1）之间的随机数； x（t）为第 t次迭代的co2水气交替驱注采参数方案； x（ t+1）为第 t+1次迭代的co2水气交替驱注采参数方案； x b为截至目前迭代次数中最优的co2水气交替驱注采参数方案； randn（ l）为正态分布的在（0，1）之间的随机数；

46、对比当前迭代次数 t下每个co2水气交替驱注采参数方案的累产油量，将co2水气交替驱注采参数方案对应的最大累产油量赋值给bf，将co2水气交替驱注采参数方案对应的最小累产油量赋值给wf；增加迭代次数，重复上述步骤，直到 t= t时计算终止，该过程中记录每次迭代所得的co2水气交替驱注采参数最优方案、最大累产油量值以及最优co2水气交替驱注采参数方案中各个注采参数的变化；co2水气交替驱注采参数最优方案即为第t次迭代最优的co2水气交替驱注采参数方案 x b。

47、根据本发明优选的，所述步骤（4）中最优co2水气交替驱注采参数方案开发指标为累产油量、含水率、气油比和剩余油饱和度。

48、本发明的有益效果在于：

49、1、本发明基于实际油田地质、岩石流体及生产数据，考虑co2水气交替提高采收率机理及水、co2段塞组合方式，建立co2水气交替驱油藏数值模拟模型，可实现co2水气交替驱过程的准确模拟，为基于混沌映射函数改进饥饿游戏搜索算法进行co2水气交替驱注采参数优化奠定了油藏数值模拟模型基础。

50、2、本发明通过混沌映射函数改进饥饿游戏搜索算法中选取初始co2水气交替驱注采参数方案的随机性，从而增强饥饿游戏搜索算法的全局搜索和局部搜索能力，提高了饥饿游戏搜索算法优化co2水气交替驱注采参数的精度和效率，突破了现有油藏数值模拟、油藏工程和渗流力学等理论方法进行co2水气交替驱注采参数优化的局限，可准确、快速地确定co2水气交替驱注采参数方案。