基于遗传算法的计数式全通径压裂滑套优化设计

如何合理设计内滑套结构参数，使得内滑套结构强度较高的同时，压裂球推动内滑套运动所需压力较大，是计数式全通径压裂滑套设计的难点之一。为节约设计时间与成本，采用Plackett-Burman 设计筛选影响压裂球推动内滑套运动所需压力的显著因子，利用响应曲面法建立显著因子与多响应之间的回归方程并判定方程的有效性，将多目标优化问题转化为单目标优化问题并确定合适的目标函数，基于遗传算法寻找最优结构参数。基于Ls-dyna 模拟压裂球推动内滑套运动过程，结果表明，优化后压裂球推动内滑套运动所需压力由4.8 MPa 提高到7.2 MPa，运动过程中的最大应力由992 MPa 增大到1 036 MPa， 但仍小于材料的许用应力。进行了内滑套样机室内模拟实验，优化后压裂球推动内滑套运动所需压力由5.1 MPa 提高到了7.6 MPa，表明Plackett-Burman 设计、响应曲面法及遗传算法相结合用于优化内滑套结构参数是有效的。     

基于Taguchi方法的计数式全通径压裂滑套优化设计

针对全通径压裂滑套中内滑套的动作压力不能满足现场施工要求的问题,对内滑套的结构参数进行了优化,以期在保证内滑套结构强度的同时提高内滑套的动作压力。利用Plackett-Burman设计法筛选了影响内滑套动作压力的显著影响因子,采用Taguchi方法优化了显著影响因子,通过方差分析确定了最优参数组合。采用数值模拟及室内模拟试验方法评价了内滑套优化前后的性能,得到了最优参数组合:筋宽角18.0°,筋长170.0 mm,筋厚5.5 mm,筋锥角89.5°,爪倾角115.0°,爪锥角65.0°。数值模拟得出,内滑套动作压力由4.8 MPa增大到了7.5 MPa,内滑套在运动过程中所受的最大应力由992.0 MPa增大到了1 101.0 MPa,但仍小于材料的许用应力;室内试验得出,内滑套动作压力由5.1 MPa提高到了7.9 MPa,满足现场施工要求。研究结果表明,应用Taguchi方法优化的计数式全通径压裂滑套结构参数合理。      

投球式全通径压裂滑套研制

常用的水平井多级分段压裂技术在不下入内管、不进行磨铣作业情况下,难以实现管柱内大通径,不利于后期生产管理,为此,研制了投球式全通径压裂滑套。该滑套采用投球打开方式,无内封隔器、液控管线及专门的开关工具,只需向压裂管柱内投置多个同一尺寸的压裂球即可开启全部滑套,施工工艺简单,效率较高,压裂完后管柱通径大。基于显式动力学分析了压裂球推动内滑套运动过程中,内滑套受力变化以及压裂球坐封过程中可复位球座受力变化。结果表明,内滑套和可复位球座的强度均满足现场压裂施工要求。室内实验表明,内滑套启动压力为7. 6 MPa,压裂滑套打开压力为12. 6 MPa;开关、内滑套、弹簧及可复位球座动作可靠,能完成预定动作。     

全通径滑套可溶球座冲蚀数值模拟优化与试验研究

针对常规投球滑套压裂级数受限、球座钻除难度大、无法实现井筒全通径等问题,开展了全通径可溶球座式滑套的研究,通过Fluent软件对全通径滑套用压裂球座进行冲蚀模拟。采用空间填充设计法对球座“凹面”结构进行参数试验,并对其进行响应面预测通过筛选法寻求参数最优值。优选石墨烯、硬质合金两种表现耐冲蚀涂层,通过冲蚀现场试验对比了两种材料的耐冲蚀效果。结果表明：经过响应面参数优化后的“凹面”结构球座平均量损失相比原模型明显降低,经过冲蚀测试发现表面硬质合金球座耐冲蚀性能优于石墨烯球座。研究成果对球座耐冲蚀磨损性能优化改进有指导意义。     

基于响应面法的分级注水泥器结构优化

分级注水泥器在实际使用过程中结构刚度不能完全达到固井需求，经常由于结构变形造成循环孔打开或关闭失败。为此，采用响应面优化方法对分级注水泥器本体和滑套的5个关键尺寸参数进行改进，以达到提高结构刚度的目的。优化结果表明：采用拉丁超立方试验设计法的计算结果拟合出滑套最大变形量与质量，本体总变形、径向变形及质量的响应曲面；根据拟合的响应面，通过多目标遗传算法预测出滑套和本体设计变量的最优参数组合，并进一步构建了相应的优化模型；通过对滑套及本体进行热流固耦合分析可得，优化后滑套最大变形量减少了47.3%,本体最大总变形量减少了32.0%,本体最大径向变形量减少了62.7%。所得结论可为分级注水泥器设计提供理论参考。     

一种级差式投球滑套节流摩阻的计算方法研究

针对"裸眼封隔器+级差式投球滑套"水平井分段压裂工艺中存在的问题—对节流摩阻计算不准确、无法准确预测井口施工压力进行研究,首先是对级差式投球滑套结构认真分析,然后通过水力学对局部阻力产生的机理、不同结构局部阻力系数计算方法的深入研究,最终寻求出一种针对级差式投球滑套的、准确的节流摩阻的方法。应用该方法对某水平井的施工压力数据进行了反算,所计算出来的施工压力与实际施工压力非常接近,两者相关系数达到了0.7178,误差0.17%~8.01%,大部分小于5%,平均误差4.12%。经过实践验证,该方法基本上可以达到准确预测级差式投球滑套节流摩阻,进而可准确预测出井口的施工压力,为压裂设计优化提供依据。     

新型压裂滑套水力喷射器的研制及应用

压裂滑套水力喷射器是实现不动管柱水力喷射分段压裂的关键工具。为解决油气田现场使用的压裂滑套水力喷射器存在滑套开启压力不稳定、显示不明显、无锁紧机构及喷嘴不能反洗等难题,研制了新型压裂滑套水力喷射器。该压裂滑套水力喷射器具有以下结构特点:①采用剪钉内置的方式,剪切压力稳定,滑套开启压力显示明显; ②采用开口环式锁紧结构,可实现滑套打开后逆向锁紧; ③喷嘴组件采用分体式焊接结构,解决了压裂反洗时喷嘴脱落问题。现场应用结果表明,该滑套水力喷射器结构合理,操作简单,可满足多段压裂施工的要求。     

水平井可关闭压裂滑套有限元分析

目前使用的压裂滑套不能对见水、见气严重的井段实施有效的控制。设计了一种适用于水平井分层多级压裂的井下可关闭压裂滑套总成,克服了现有压裂滑套打开后不能根据井下实际情况进行开关的缺陷。基于ANSYS建立了有限元分析模型,分析滑套的变形和应力分布,找出滑套结构中的应力集中区域以进行优化设计。结果表明:可关闭压裂滑套总成在70MPa液力作用下,压裂施工安全可靠,满足现场工况要求。     

水平井分段压裂可钻式投球滑套的研制与应用

水平井分段压裂技术是目前开采低孔、低渗透油气藏的最好方法,而投球滑套是实现该技术的核心工具。为此,研制了水平井分段压裂可钻式投球滑套。该投球滑套有以下结构特点:①采用分瓣爪定位锁紧结构,可实现滑套打开后逆向锁紧,避免内滑套上行封堵喷砂口,影响油井排液以及后续生产;②防转销钉与内滑套沟槽的设计,实现了内滑套与外筒之间的周向固定,可以根据工艺要求对球座进行钻磨作业;③球座采用易磨铣球墨铸铁材料,后续施工钻除方便;④设计不同内径的球座,同时配合相对应的低密度球,可以满足水平井多段压裂的要求。现场应用结果表明,该投球滑套结构合理,操作简单,打开压力稳定,可满足12段压裂施工的要求。     

水平井分段压裂滑套的研制与应用

水平井分段压裂工艺技术是提高苏里格气田单井产量的有效手段,为此,研制了水平井分段压裂滑套。水平井分段压裂滑套包括压差式开启滑套和投球式喷砂滑套,通过与水力锚、悬挂封隔器、裸眼封隔器、坐封球座、筛管引鞋及低密度球配合使用,可以根据地质情况及分段压裂的段数进行调整。苏里格气田20-17-16H井的现场应用表明,水平井分段压裂滑套结构简单、操作方便、打开压力稳定,可以实现下行锁紧、低密度球的顺利返排,不影响后续生产。     

A Nonlinear Approach to Gas Lift Allocation Optimization With Operational Constraints Using Particle Swarm Optimization and a Penalty Function

Abstract

Most gas lift well networks confront the limitations of both gas supply and compressor capacity. Thus, simultaneously allocating a number of the wells the optimum of the gas injection rate and the gas injection depth to reach the maximum oil production, in addition to satisfying the stated constraints, is the most important effort for the design process. This novel approach is a modification of the conventional allocation optimization problem in which no constraint on the gas injection pressure at the surface was considered. In this work, a model using a particle swarm optimization algorithm and penalty function method is presented to solve the new approach of the allocation optimization problem with high speed and desirable accuracy. Then the model is tested on a group of wells.     

Permeability Estimation of the Reservoir Based on Particle Swarm Optimization Coupled with Artificial Neural Networks

Abstract

In this work we investigate how the integration of back-propagation (BP) with particle swarm optimization (PSO) improves the reliability and prediction capability of PSO. This strategy is applied to predict permeability in Mansuri Bangestan reservoir located in Ahwaz, Iran, utilizing available geophysical well log data. Our methodology utilizes a hybrid PSO–BP. The particle swarm optimization algorithm was shown to converge rapidly during the initial stages of a global search, but around global optimum, the search process will become very slow. On the contrary, the gradient descending method can achieve faster convergence speed around global optimum and with greater accuracy. The proposed algorithm combines the local search ability of the gradient-based BP strategy with the global search ability of particle swarm optimization. PSO is used to decide the initial weights of the gradient decent methods so that all of the initial weights can be searched intelligently. The experimental results show that the proposed hybrid PSO–BP algorithm is better than the PSO algorithm in convergence speed and accuracy.     

Power optimization of gas pipelines via an improved particle swarm optimization algorithm

In past decades dynamic programming, genetic algorithms, ant colony optimization algorithms and some gradient algorithms have been applied to power optimization of gas pipelines. In this paper a power optimization model for gas pipelines is developed and an improved particle swarm optimization algorithm is applied. Based on the testing of the parameters involved in the algorithm which need to be defined artifucially, the values of these parameters have been recommended which can make the algorithm reach efficiently the approximate optimum solution with required accuracy. Some examples have shown that the relative error of the particle swarm optimization over ant colony optimization and dynamic programming is less than 1% and the computation time is much less than that of ant colony optimization and dynamic programming.     

自适应混沌嵌入式粒子群算法提取地震子波

本文提出一种基于Tent映射的自适应混沌嵌入式粒子群算法,通过拟合优化求解目标函数得到子波模型参数。算法将混沌变量嵌入到标准粒子群算法中,且对惯性权重和学习因子进行非线性自适应调整,并建立平均粒距与适应度方差相结合的早熟判断机制,以混沌搜索的方式跳出局部最优。合成地震数据仿真及实际地震数据处理结果表明,该算法应用于地震子波提取具有较高的求解精度。     

基于混合粒子群算法的煤层气井位优化方法

井位的部署直接关系到煤层气开发的采气速度及经济效益。基于粒子群算法的劣势和模拟退火算法的优势,提出了一种混合粒子群算法,其以净现值为目标函数,单井控制面积和井位为变量,结合油藏数值模拟方法,优选出净现值最大的单井控制面积和井位,并利用matlab编程来实现。结果显示,基于混合粒子群算法的井位优化方法能够快速确定最优井位,计算量较穷举法大幅度降低;沁水盆地煤层气田的最优单井控制面积为0.2 km²;对于最优单井控制面积,混合粒子群算法得到的最优净现值比常规矩形井网的净现值增加12.55%;最优井位分布与含气量、渗透率密切相关,其中渗透率的影响尤为重要,最优井位是含气量与渗透率的最优组合。该研究成果为煤层气开发井位优化提供了新方法。     

改进的布谷鸟MT反演算法

由于大地电磁（MT）数据的反演是高度非线性的,传统的全局优化算法收敛速度慢,且易陷入局部极值。为此,提出一种结合单纯形法的全局布谷鸟算法（ICS）反演MT数据。针对布谷鸟算法（CS）精于探索、疏于开发的特点,引入粒子群算法中的全局最优解,加强算法的局部搜索能力;同时结合单纯形法对较差鸟巢进行改进,进一步提高寻优精度。理论和实测数据反演结果表明,改进后的算法反演结果更稳定,收敛速度更快,求解精度更高。     

天然气管网抗震工程投资分配混沌粒子群算法

天然气管网是具有网络特性的复杂生命线系统，其抗震工程投资最优分配问题，因呈现高度的非线性及约束条件多的特点，难以用传统的优化方法求解。利用粒子群优化算法收敛速度快的优点，结合混沌运动的遍历性、伪随机性等特点，提出了一种基于混沌思想的粒子群优化算法，该算法保持了群体多样性，增强了多维空间的全局寻优能力，应用于天然气管网系统的抗震工程投资决策，有效地避免了一般演化算法的早熟收敛现象。以一个多源多汇天然气管网为例，进行了抗震工程投资的优化计算，计算结果表明，所建立的模型和算法具有一定的实用性。