油田开发规划的合理编制问题答案.docx

油田开发规划的合理编制问题答案.docx

《油田开发规划的合理编制问题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《油田开发规划的合理编制问题答案.docx（40页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

油田开发规划的合理编制问题答案

油田开发规划的合理编制问题

摘要

油田为实现“十一五”规划期的各项规划指标（产油量、产水量和费用），首先我们通过运用灰色预测法则对老井（规划期之前实施的增产措施）的各项指标在规划期的五年内的预测值，之后通过给出的在今后五年的新增产措施的种类和数量，和“十一五”期间的各项指标，分别提出了单目标线性规划和多目标规划（优化因子）决策分析两种数学模型，从而确立了不同种类的油田“十一五”规划方案，在不同情况下分析不同方案的优缺点以及科学合理性问题。

目录：

一：

问题的重述………………………………………………………………………5

二：

问题的分析………………………………………………………………………5

三：

模型假设…………………………………………………………………………6

四：

模型建立…………………………………………………………………………6

1.数据预测…………………………………………………………………………6

1.1预测方法的选择……………………………………………………………6

1.2灰色理论及简介……………………………………………………………7

1.3运用灰色预测对数据进行预测……………………………………………9

1.3.1数据分析与预测的原则………………………………………………9

1.3.2数据预测……………………………………………………………11

2.优化模型建立…………………………………………………………………11

2.1决策变量…………………………………………………………………12

2.2目标函数…………………………………………………………………12

2.3约束条件…………………………………………………………………13

五：

模型求解（软件实现lingo8.0）………………………………………………15

1.单目标线性规划计算结果…………………………………………………15

2..多目标线形规划（即采用优化因子的模型）计算结果……………………16

六．对于不同的“十一五”开发规划方案,进行比较……………………………17

七．结果分析…………………………………………………………………………18

八．模型优缺点分析…………………………………………………………………19

参考资料……………………………………………………………………………20

附录…………………………………………………………………………………21

1.MATLAB实现灰色预测程序……………………………………………………21

2.MATLAB实现灰色预测的预测数据与实际数据对比及精度评价……………23

3.lingo8.0实现优化求解程序…………………………………………………29

4.LINGO8.0优化计算输出结果…………………………………………………31

一　、问题的重述

在现行油田在计划期内进行多种新增产油量措施实行方案时，尽可能达到产油量的最大值，产水量最小值和所需费用为最小从而实现最大效益，所得利润为最大值。

问题一是由题意中所提供过去井田的产油、产水数据，可以预测出在今后五年的预测值（其中费用为已知的预测值）。

问题二是需要我们提出算法对已知的数据进行分析，并为油田编制合理，科学的可持续发展的方案，使产油量越大，产水量和费用为越小，收到的效益和利润最好。

评估过程中，我们得到的数据主要有各类网井近几年的产油量、产水量，十一五计划期间各类网井的年总费用预测值，各项规划参考指标以及各项增产措施的工作量上限、产油、产水和所需费用随年份变化的数据。

本题需要的是科学、合理、可持续的油田在新增措施上的规划方案，各项指标优化的结果。

二、问题的分析

通过对问题的分析，问题实质上是根据“十五”规划数据，在满足给定指标的前提下，合理安排增产措施，进行“十一五”的开发规划。

这就需要根据“十五”规划数据，合理的预测出老井（规划期之前实施的增产措施）的各项指标在规划期的五年内的预测值，从而找出规划期内新增措施的各项指标范围，从而利用线性优化进行求解。

三、模型假设

1.油井在开发后的产油量产水量满足同一动态记忆特性变化

2.油井开发后产油在初期呈增加趋势，后期稳定后呈下降趋势

3.各项增产措施均在年初实施，各项指标在年末进行审核

4.“十一五”期间原油价格保持稳定，为当前情况（1637万元/万吨）

5.油田产水为轻度污染废水，处理按普通污水处理费用（1.5万元/万吨）

四、模型建立

1.数据预测

1.1预测方法的选择

各类预测方法适用比较

方法

所需最少数据

数据形态

数据间隔

准备时间

数学需求

简单指数平滑法

5-10

等间距

短间隔

短

基本

Holt’s指数平滑法

10-15

同趋势

短或中间隔

短

稍高

Winter’s指数平滑法

>=5

同趋势且具规律性

短或中间隔

短

中等

回归分析法

>=10或>=20

同趋势且具规律性

短或中间隔

短

中等

Causal回归法

>=10

可各种形态相互混合

短、中及长间隔

长

高等

时间序压缩法

2个峰值以上

同趋势、具规律性且可自我调整

短或中间隔

短（稍长）

基本

BoxJenkins法

>=50

等间距

短、中及长间隔

长

高等

灰色预测法

4

等间距及非等间距

短、中及长间隔

短

基本

因为产油量与产水量是多种因素确定的，要对其准确定量地描述预测是极其困难的。

根据灰色系统理论，我们可以不去研究这复杂系统的内部因素及相互关系，而从“产油量，产水量”的时间序列这个综合灰色量本身去挖掘有用信息，利用它的动态记忆特性，建立灰色模型，并以此建立模型对未来状态作出预测。

1.2灰色理论及简介

灰色系统在预测时，必须采用一定的方式对原始数据进行生成处理，使生成数据序列变成有规则序列。

数据生成有两个目的：

（1）为模型提供中间信息；

（2）弱化原随机数列的随机性。

常用的数据生成方式有累加生成（AccumulatedGeneratingOperation，简写为AGO）和累减生成（InverseAccumulatedGeneratingOperation，简写为IAGO）。

设原始序列

，则

次AGO的结果为

，其中

。

IAGO实现的是累减计算，它是AGO的逆运算。

在GM模型中，一般只对数列作1－AGO。

灰色理论在AGO的基础上，采用灰色微分方程模型得到生成模型，记为GM（n，h），n是微分方程的阶数，h是变量个数。

在GM（n,h）模型中，当h

2时，所建GM模型不能作预测用，只能用于分析因子之间的相互关系。

作预测用的GM模型一般为GM（n,1）模型，其中最重要的也是在实际中应用最多的是GM（1，1）模型。

下面为GM（1，1）模型原理：

其灰色微分方程为

待定系数

和

分别称为发展灰数和内生控制灰数。

它们可以利用最小二乘法求解，其计算公式为

其中，

，

在

的边界条件下，特解为

上式称为生成模型，同样当

时，也是1阶累加量的预测公式。

在此模型下，原始数据的预测公式为

1.3运用灰色预测对数据进行预测

1.3.1数据分析与预测的原则

通过对数据分析，发现一些井只有近五年的数据，新井在开采初期数据基数小，预测的稳定性和可信性较差，而且油井产油存在先增后减的趋势，如果在整个增减区间内使用灰色预测，将与灰色预测的累加指数规律存在偏差，造成精度的降低。

故使用近五年的产油量来作为预测的已知数据。

“十五”油井在有数据范围内处于产量增加状态，且产量和“九五”油井初期完全吻合。

利用同一油田的新井产油量与开发年份的动态记忆特性，可将“九五”油井2001～2005年产油量的预测值作为“十五”油井20062010年产油量的预测值。

“十五”井产水量由于已知数据少，且开采初期数据基数小，受外界因素波动较大（产水受外界因素影响更大，如雨水补充地下水），直接用其数据进行灰色预测发现相对误差均值大于0.2，不满足精度要求。

而理论上，“十五”产水应该与“九五”井有相关性，数据上“九五”井“十五”井前期产水数据也大致吻合。

考虑个井存在差异因素，根据数据吻合趋势关系，故采用“九五”井2002～2006产水量预测值作为“十五”井2006～2010产水量的预测值。

“九五”油井与“十五”油井在开采初期的产油量对比

注：

绿色曲线为“十五”井在开采5年内产油曲线

红色曲线为“九五”井在开采第二年后产油曲线

“九五”油井与“十五”油井在开采初期的产水量对比

注：

蓝色曲线为“十五”井在开采5年内产水量

红色曲线为“九五”井在开采第二年后产水量曲线

1.3.2数据预测

利用灰色预测算法，运用MATLAB程序进行数据预测结果如下：

各类井网的产油量数据及其预测数据

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

‘七五’井

实际

500.6

442.4

428.6

370.1

343.1

预测

500.60

450.30

411.87

376.72

344.56

315.15

288.25

263.65

241.15

220.57

“八

五”

井

实际

354.7

318.0

280.7

246.6

229.0

预测

354.70

315.55

281.74

251.48

224.51

200.42

178.92

159.74

142.60

127.30

“九

五”

井

实际

579.8

547.5

527.0

492.3

437.0

预测

579.80

556.13

517.49

481.53

448.07

416.93

387.96

361.00

335.92

312.58

“十

五”

井

实际

72.3

218.2

297.1

416.1

508.7

预测

579.80

556.13

517.49

481.53

448.07

各类井网的产水量数据及其预测数据

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

“七五”井

实际

3198.5

2976.3

2929.5

2561.6

2330.3

预测

3198.5

3047.8

2801.9

2575.9

2368.1

2177.0

2001.4

1839.9

1691.5

1555.0

“八

五”

井

实际

587.7

636.6

653.1

671.2

670.1

预测

587.70

640.15

651.73

663.52

675.53

687.75

700.20

712.87

725.77

738.90

“九

五”

井

实际

941.5

1050.2

1147.2

1319.7

1364.3

预测

941.5

1059.5

1159.7

1269.4

1389.5

1521.0

1664.9

1822.4

1994.8

2183.5

“十

五”

井

实际

84.8

297.8

354.4

612.5

964.3

预测

1059.5

1159.7

1269.4

1389.5

1521.0

2.优化模型建立

2.1决策变量

由于增产措施施加于任一类型井所产生的增产效果是无差异的，故把增产措施量化表示如下：

xi表示第i种措施在2006年实施工作量（实施的井口数）

yi表示第i种措施在2007年实施工作量（实施的井口数）

zi表示第i种措施在2008年实施工作量（实施的井口数）

mi表示第i种措施在2009年实施工作量（实施的井口数）

ni表示第i种措施在2010年实施工作量（实施的井口数）

2.2目标函数

增产原油：

x=0.9944*x1+0.5044*x2+0.55*x3+0.5145*x4+0.3404*x5+0.3913*x6+0.3718*x7+0.7963*y1+0.4163*y2+0.4524*y3+0.4139*y4+0.2823*y5+0.3227*y6+0.3167*y7+0.5659*z1+0.3159*z2+0.318*z3+0.2911*z4+0.2119*z5+0.2399*z6+0.2274*z7+0.298*m1+0.168*m2+0.151*m3+0.1402*m4+0.114*m5+0.139*m6+0.12*m7+0.082*n1+0.072*n2+0.065*n3+0.054*n4+0.038*n5+0.057*n6+0.045*n7;

增加产水：

y=1.9841*x1+1.5431*x2+1.8582*x3+1.7472*x4+1.5147*x5+1.2077*x6+1.9155*x7+1.2256*y1+0.8646*y2+1.0736*y3+1.1034*y4+0.8494*y5+0.7333*y6+1.1281*y7+0.659*z1+0.456*z2+.0497*z3+0.6048*z4+0.4241*z5+0.3749*z6+0.5646*z7+0.284*m1+0.251*m2+0.185*m3+0.226*m4+0.211*m5+0.1704*m6+0.245*m7+0.072*n1+0.063*n2+0.057*n3+0.05*n4+0.032*n5+0.0442*n6+0.0675*n7;

措施花费：

z=408.6*x1+260.6*x2+212.6*x3+126.45*x4+199.6*x5+120.65*x6+179.4*x7+363.9*y1+229.9*y2+190.9*y3+113.3*y4+174.9*y5+108.65*y6+157.35*y7+307.35*z1+190.35*z2+157.35*z3+96.25*z4+144.35*z5+91.35*z6+130*z7+235.1*m1+138.1*m2+115.1*m3+74.05*m4+107.1*m5+67.65*m6+94.3*m7+128.1*n1+78.1*n2+64.1*n3+43*n4+58.1*n5+36.9*n6+50.5*n7

2.2.1单目标线性规划（增产利润最大）

增产利润（万元）=增产原油价值-增加处理水费用-措施花费

max=1637*x-1.5*y-z

2.2.1多目标规划

max=a*x-b*y-c*z

a,b,c为优化因子

2.3约束条件

2.3.1工作量约束：

2.3.2各年份增产产油量下限约束：

0.0820*x1+0.0720*x2+0.0650*x3+0.0540*x4+0.0380*x5+0.0570*x6+0.0450*x7>-12.3（2006年产油量下限-2006年预测产油量）

0.2160*x1+0.0960*x2+0.0860*x3+0.0862*x4+0.0760*x5+0.0820*x6+0.0750*x7+0.0820*y1+0.0720*y2+0.0650*y3+0.0540*y4+0.0380*y5+0.0570*y6+0.0450*y7>78.74（2007年产油量下限-2007年预测产油量）

0.2679*x1+0.1479*x2+0.1670*x3+0.1509*x4+0.0979*x5+0.1009*x6+0.1074*x7+0.2160*y1+0.0960*y2+0.0860*y3+0.0862*y4+0.0760*y5+0.0820*y6+0.0750*y7+0.0820*z1+0.0720*z2+0.0650*z3+0.0540*z4+0.0380*z5+0.0570*z6+0.0450*z7>183.12（2008年产油量下限-2008年预测产油量）

0.2304*x1+0.1004*x2+0.1344*x3+0.1228*x4+0.0704*x5+0.0828*x6+0.0893*x7+0.2679*y1+0.1479*y2+0.1670*y3+0.1509*y4+0.0979*y5+0.1009*y6+0.1074*y7+0.2160*z1+0.0960*z2+0.0860*z3+0.0862*z4+0.0760*z5+0.0820*z6+0.0750*z7+0.0820*m1+0.0720*m2+0.0650*m3+0.0540*m4+0.0380*m5+0.0570*m6+0.0450*m7>248.8（2009年产油量下限-2009年预测产油量）

0.1981*x1+0.0881*x2+0.0976*x3+0.1006*x4+0.0581*x5+0.0686*x6+0.0551*x7+0.2304*y1+0.1004*y2+0.1344*y3+0.1228*y4+0.0704*y5+0.0828*y6+0.0893*y7+0.2679*z1+0.1479*z2+0.1670*z3+0.1509*z4+0.0979*z5+0.1009*z6+0.1074*z7+0.2160*m1+0.0960*m2+0.0860*m3+0.0862*m4+0.0760*m5+0.0820*m6+0.0750*m7+0.0820*n1+0.0720*n2+0.0650*n3+0.0540*n4+0.0380*n5+0.0570*n6+0.0450*n7>314.48（2010年产油量下限-2010年预测产油量）

2.3.3各年份增加产水量上限约束：

0.0720*x1+0.0630*x2+0.0570*x3+0.0500*x4+0.0320*x5+0.0442*x6+0.0675*x7<260.75（2006年产水量上限-2006年预测产水量）

0.2120*x1+0.1880*x2+0.1280*x3+0.1760*x4+0.1790*x5+0.1262*x6+0.1775*x7+0.0720*y1+0.0630*y2+0.0570*y3+0.0500*y4+0.0320*y5+0.0442*y6+0.0675*y7<316.8（2007年产水量上限-2007年预测产水量）;

0.3750*x1+0.2050*x2+0.3120*x3+0.3788*x4+0.2131*x5+0.2045*x6+0.3196*x7+0.2120*y1+0.1880*y2+0.1280*y3+0.1760*y4+0.1790*y5+0.1262*y6+0.1775*y7+0.0720*z1+0.0630*z2+0.0570*z3+0.0500*z4+0.0320*z5+0.0442*z6+0.0675*z7<507.43（2008年产水量上限-2008年预测产水量）;

0.5666*x1+0.4086*x2+0.5766*x3+0.4986*x4+0.4253*x5+0.3584*x6+0.5635*x7+0.3750*y1+0.2050*y2+0.3120*y3+0.3788*y4+0.2131*y5+0.2045*y6+0.3196*y7+0.2120*z1+0.1880*z2+0.1280*z3+0.1760*z4+0.1790*z5+0.1262*z6+0.1775*z7+0.0720*m1+0.0630*m2+0.0570*m3+0.0500*m4+0.0320*m5+0.0442*m6+0.0675*m7<511.43（2009年产水量上限-2009年预测产水量）;

0.7585*x1+0.6785*x2+0.7846*x3+0.6438*x4+0.6653*x5+0.4744*x6+0.7874*x7+0.5666*y1+0.4086*y2+0.5766*y3+0.4986*y4+0.4253*y5+0.3584*y6+0.5635*y7+0.3750*z1+0.2050*z2+0.3120*z3+0.3788*z4+0.2131*z5+0.2045*z6+0.3196*z7+0.2120*m1+0.1880*m2+0.1280*m3+0.1760*m4+0.1790*m5+0.1262*m6+0.1775*m7+0.0720*n1+0.0630*n2+0.0570*n3+0.0500*n4+0.0320*n5+0.0442*n6+0.0675*n7<721.6;（2010年产水量上限-2010年预测产水量）

2.3.4各年份增产费用上限约束：

128.1*x1+78.10*x2+64.10*x3+43.00*x4+58.10*x5+36.90*x6+50.50*x7<69719（2006年总费用量上限-2006年预测费用）

107.0*x1+60.00*x2+51.00*x3+31.05*x4+49.00*x5+30.75*x6+43.80*x7+128.1*y1+78.10*y2+64.10*y3+43.00*y4+58.10*y5+36.90*y6+50.50*y7<98623（2007年总费用量上限-2007年预测费用）

72.25*x1+52.25*x2+42.25*x3+22.20*x4+37.25*x5+23.70*x6+35.70*x7+107.0*y1+60.00*y2+51.00*y3+31.05*y4+49.00*y5+30.75*y6+43.80*y7+128.1*z1+78.10*z2+64.10*z3+43.00*z4+58.10*z5+36.90*z6+50.50*z7<111129（2008年总费用量上限-2008年预测费用）

56.55*x1+39.55*x2+33.55*x3+17.05*x4+30.55*x5+17.30*x6+27.35*x7+72.25*y1+52.25*y2+42.25*y3+22.20*y4+37.25*y5+23.70*y6+35.70*y7+107.0*z1+60.00*z2+51.00*z3+31.05*z4+49.00*z5+30.75*z6+43.80*z7+128.1*m1+78.10*m2+64.10*m3+43.00*m4+58.10*m5+36.90*m6+50.50*m7<116018（2009年总费用量上限-2009年预测费用）

44.70*x1+30.70*x2+21.70*x3+13.15*x4+24.70*x5+12.00*x6+22.05*x7+56.55*y1+39.55*y2+33.55*y3+17.05*y4+30.55*y5+17.30*y6+27.35*y7+72.25*z1+52.25*z2+42.25*z3+22.20*z4+37.25*z5+23.70*z6+35.70*z7+107.0*m1+60.00*m2+51.00*m3+31.05*m4+49.00*m5+30.75*m6+43.80*m7+128.1*n1+78.10*n2+64.10*n3+43.