针对我国大型油田进入高含水开采阶段后，产量递减速度加快、开采难度加大、生产成本快速上升等难题，为实现油田可持续发展，节约油田建设和生产运行成本，作者开展了大型油气管网系统优化研究。首先，基于庞家莱回归定理，提出了随机优化算法的收敛性定理，建立了混合粒子群-烟花算法和改进的粒子群智能优化求解方法，分析了智能优化方法的收敛性，实例验证了优化算法的优化性能。其次，针对油气集输系统布局优化和注入系统运行优化问题进行深入研究，提出了相对新颖的混合蛙跳分级优化和混合遗传模拟退火优化求解方法。然后，提出了大型油气管网地上地下亚闭环系统整体运行优化理论及方法，建立了多目标混合整数非线性整体优化模型和优化子模型，结合大系统优化理论构建了混合分解协调智能优化求解方法，通过推广应用实例验证了所提理论及方法的有效性。最后，论述了大型油田油气集输系统布局优化问题的理论方法和关键技术，提出了格栅集合剖分法、模糊位域相近模糊集求解法和组合式优化求解策略，实例论证了所提优化技术的有效性和高效性。同时对三维空间内的油气集输系统布局优化问题进行了研究和分析。
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目录
Preface
前言
绪论 1
第1章 智能优化算法及其改进 5
1.1 存世智能优化算法研究进展 5
1.1.1 智能优化求解机理 5
1.1.2 粒子群算法及改进 7
1.1.3 烟花算法及改进 9
1.1.4 混合蛙跳算法及改进 11
1.2 基于庞加莱回归的收敛性定理 12
1.2.1 庞加莱回归 12
1.2.2 随机优化求解方法收敛性定理 13
1.3 混合粒子群-烟花全局优化算法 14
1.3.1 混合粒子群-烟花算法(PS￣FW) 14
1.3.2 全局收敛性分析 20
1.3.3 数值实验对比分析 20
1.3.4 算法主控参数分析 40
1.4 改进的粒子群全局优化算法 46
1.4.1 改进粒子群算法(MPSO) 47
1.4.2 全局收敛性分析 50
1.4.3 数值实验对比分析 53
第2章 油气集输系统优化研究 64
2.1 MS 集输网络拓扑布局优化设计 64
2.1.1 MS 网络定义 64
2.1.2 MS 网络拓扑优化数学模型 65
2.1.3 MS 网络拓扑优化的分级优化法 66
2.1.4 MS 网络拓扑优化的混合遗传模拟退火算法 68
2.1.5 计算实例 74
2.2 MRS 集输网络拓扑布局优化设计 78
2.2.1 MRS 网络定义 78
2.2.2 MRS 网络拓扑优化数学模型 79
2.2.3 MRS 网络拓扑优化的分级优化法 80
2.2.4 MRS 网络拓扑优化的混合遗传模拟退火算法 82
2.2.5 计算实例 83
2.3 MS 网络障碍拓扑优化 88
2.3.1 MS 网络障碍拓扑优化数学模型 88
2.3.2 MS 网络障碍拓扑优化的求解方法 89
2.3.3 计算实例 90
2.4 油气集输管网参数优化设计 94
2.4.1 油气集输管网参数优化设计数学模型建立 94
2.4.2 油田地面管网多目标参数优化数学模型的求解 97
2.4.3 计算实例 101
2.5 集气网络优化研究 107
2.5.1 基本概况 107
2.5.2 集气系统可靠度计算方法 107
2.5.3 考虑可靠度的集气管网布局优化模型 110
2.5.4 混合分级蛙跳优化求解方法 114
2.5.5 计算实例 118
第3章 注入系统优化研究 121
3.1 注水系统水力仿真计算方法 121
3.1.1 油田注水系统 121
3.1.2 管网计算基本理论 122
3.1.3 油田注水系统仿真计算 124
3.2 注水管道摩阻系数反演优化研究 129
3.2.1 单工况下管道摩阻系数反演 129
3.2.2 基于智能计算的多工况摩阻系数反演 137
3.2.3 基于随机优化的管道摩阻系数反演 142
3.3 注水系统运行方案优化 148
3.3.1 注水系统运行参数优化 148
3.3.2 注水系统开泵方案优化 149
第4章 大型油气田地上地下亚闭环网络系统整体运行优化研究 155
4.1 地下亚闭环网络系统 155
4.1.1 地上地下亚闭环网络系统的定义 156
4.1.2 地上地下亚闭环网络系统的功能 156
4.1.3 地上地下亚闭环网络系统的特点 157
4.2 地上地下亚闭环网络系统整体运行优化模型 157
4.2.1 目标函数 158
4.2.2 约束条件 159
4.3 亚闭环网络系统分解协调策略 160
4.3.1 大系统理论及思想 161
4.3.2 亚闭环网络系统多级递阶结构 162
4.3.3 可行性准则 164
4.4 油藏子系统注采优化 165
4.4.1 油藏子系统注采优化模型 166
4.4.2 地下注入有效模糊区 169
4.4.3 混合分解协调-粒子群-烟花求解方法 171
4.5 采油子系统机采参数优化 178
4.5.1 采油子系统抽汲参数优化模型 179
4.5.2 单井机采系统模糊聚类降维法 181
4.5.3 混合改进粒子群求解方法 185
4.6 集输子系统运行参数优化 187
4.6.1 集输子系统运行参数优化数学模型 187
4.6.2 混合粒子群-烟花求解方法 190
4.7 污水处理子系统调度优化 192
4.7.1 贝叶斯-马尔可夫链蒙特卡罗水力修正法 192
4.7.2 污水处理子系统调度优化数学模型 196
4.7.3 改进粒子群求解法 198
4.8 注水子系统运行方案优化 199
4.8.1 注水子系统运行参数优化 200
4.8.2 注水子系统开泵方案优化 205
4.9 混合智能分解协调优化求解策略 216
4.9.1 基于改进粒子群神经网络的油井含水率预测 216
4.9.2 最大含水上升率模糊集 219
4.9.3 多目标改进粒子群算法 220
4.9.4 亚闭环网络系统整体运行优化混合智能分解协调求解 223
4.10 地上地下亚闭环网络系统整体运行优化实例 225
第5章 大型油气管网布局优化研究 228
5.1 多障碍下布局处理方法 228
5.1.1 障碍的隐式表征 229
5.1.2 管道与障碍位置关系确定 231
5.1.3 最小包围盒简化法 232
5.1.4 绕障路径优化 233
5.2 大型油气集输管网障碍布局优化模型 234
5.2.1 大型MST 网络布局优化模型 234
5.2.2 大型MS 网络布局优化模型 239
5.3 格栅剖分集合划分法 241
5.3.1 理论基础 242
5.3.2 主要步骤 244
5.3.3 复杂度分析 244
5.4 位域相近模糊集求解法 245
5.4.1 位域相近模糊集 245
5.4.2 油气井隶属关系求解 246
5.4.3 复杂度和最优性分析 247
5.5 拓扑结构关联集优化法 248
5.6 组合式优化求解策略 250
5.6.1 分层协调优化 250
5.6.2 策略主流程 251
5.6.3 大型油气集输管网布局优化实例 253
5.7 受约束大型油气集输管网三维空间布局优化 255
5.7.1 三维地形混合格网表征方法 255
5.7.2 双向广度优先路径搜索算法 261
5.7.3 基于分治策略的管道路由优化 267
5.7.4 三维空间下油气集输管网布局优化 269
5.7.5 三维空间下布局优化实例 272
参考文献 275
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