بهينه‌سازي توليد نفت در فرايند تزريق آب با استفاده از الگوريتم‌هاي SQP و ABC و بكارگيري روش شبيه‌سازي خطوط جريان

Optimization of oil production in water injection process using ABC and SQP algorithms employing streamline simulation technique

در مقاله حاضر از قابليت‌هاي روش شبيه‌سازي خطوط جريان به منظور تعريف تابع هدفي جديد به منظور بهينه‌سازي نرخ دبي توليد نفت در فرايند تزريق آب استفاده شده است. روش شبيه‌سازي خطوط جريان، در مقايسه با روش‌هاي متداول شبيه‌سازي جريان چندفازي در محيط‌هاي متخلخل بسيار سريع‌تر است و نيازمند حافظه محاسباتي كمتري است. اين روش با معرفي پارامتر «زمان پرواز»، اين امكان را مي‌دهد كه بتوان تاثير عوامل پيچيده از جمله ناهمگني‌ها در محيط متخلخل را در محاسبات به صورتي ساده‌تر در نظر گرفت. براي بهينه‌سازي نرخ توليد نفت از مخزن، تابعي مبتني بر «ميانگين زمان پرواز» معرفي شده، كه كمينه نمودن آن مي‌تواند معياري براي حركت يكنواخت جبهه‌هاي آب به منظور حركت دادن فاز نفتي باشد. براي اين منظور از دو روش بهينه‌سازي زنبورعسل مصنوعي (ABC) و SQP براي كمينه كردن تابع هدف استفاده شده‌‌ است و نتايج بدست آمده از آنها با يكديگر مقايسه شده است. مزايا و معايب هريك از اين روش‌ها بررسي شده و با استفاده از مزاياي آنها، يك روش تركيبي در يافتن جواب بهينه ارايه شده است. در روش تركيبي براي توليد حدس اوليه در الگوريتم SQP از الگوريتم ABC استفاده مي‌شود. با انجام صحت‌سنجي در يك مدل مخزن همگن دو بعدي، نسبت به درستي رويكرد رياضي اطمينان حاصل شده است. سپس يك مساله ناهمگن دو بعدي و يك مدل مخزن پيچيده سه بعدي مورد بررسي قرار گرفته‌اند. در تمامي مسايل مورد بررسي مشاهده شد كه روش تركيبي مي‌تواند با حدود 15% سرعت بيشتر نسبت به دو روش ديگر به نقطه بهينه نزديك شود.

In the current study, the streamline simulation technique is used for definition of a new objective function to optimize the production rates during water injection process. The streamline simulation technique, in comparison with common numerical methods for simulation of multi-phase flow in porous media, is much faster with less computational memory requirement. This method represents the key parameter of “Time of Flight” which helps to consider complex heterogeneity of porous media in an easier way. In order to optimize oil production rates from reservoir, a function based on averaged time of flight has been introduced in which minimization of this function can be used to have uniform fronts of water for flooding of oil. For this target, two optimization techniques, the Artificial Bee Colony (ABC) and the Sequential Quadratic Programming (SQP) method are employed to optimize the objective function and their results are compared. Advantages and disadvantages of these two methods are investigated and based on their advantages, a new hybrid approach is proposed which utilizes the benefits of both techniques to converge to the optimum solution. In the hybrid approach the SQP algorithm is initialized with the ABC method. In order to validate the mathematical model, a 2D homogeneous model is used for optimization. Next a 2D heterogeneous model and a 3D complex reservoir model are investigated. In all the mentioned problems, it is observed that the hybrid approach, in comparision with the two other methods, can approximate the optimum point with approximately 15% higher speed.