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《模拟退火组合优化算法在油气储层随机建模中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第19卷第3期西南石油学院学报Vol.19No.31997年8月JournalofSouthwestPetroleumInstituteAug1997模拟退火组合优化算法在油气储层X随机建模中的应用张永贵陈明强李允胡受权(西南石油学院博士后流动站,四川南充637001)(西南石油学院)摘要石油天然气的勘探与开发是一个涉及多学科的领域。各学科提供的资料观察方法不同,观察尺度不同(即承载大小不同),分辨率不同,可靠性不同。资料和知识的表达方式也不相同,既有数字化的资料,也有定性的描述。将各种资料综合在同一个储层定量化数值模型之中,是目前储层建模
2、的趋势。文中讨论了在储层随机精细建模中使用模拟退火组合优化算法的方法和步骤,包括目标函数的构造、选择初始状态、抽样和扰动机制、退火策略参数的选择以及怎样综合多种类型的资料等问题。指出在储层建模中使用模拟退火优化算法有两方面的优点,即易于综合多种类型的资料;可以客观地再现储层变量的空间相关结构。其主要缺点是计算量大,有必要进行并行处理。主题词储集层;随机过程;模拟中图分类号TE112.22引言地球科学,包括石油工业的基础学科—石油地质学,一般以描述性的方法表述其知识和规律。随着计算机技术、数据处理技术以及知识表达技术的发展,许多地质问题也要借
3、助于计算机来解决。地质科学正经历着由定性描述向定量建模、由观察向预测的方向发展。这样的发展方向,对于石油地质科学而言,特别是对于储层评价所涉及的学科,要求更为紧迫,更具有现实意义和潜在的经济价值。将各种资料通过某种手段统一在一个定量模型中,这个定量模型不但与所有资料相一致,而且也包含所有资料反映出的储层分布的空间结构信息,最终结果以易于展示、更改和运用的数字化的方式保存在计算机中,这一目标是石油工程师孜孜以求的方向。而在过去,多个学科之间交流较少,所谓的综合研究,也多是将不同学科的研究报告装订成一个总的报告。综合研究的结果经过人脑的思维,以
4、概念性的、定性的方式保留在人脑中,而这样的过程往往带有主观性,很大程度上取决于个人的经验和认识水平。而且这样的结果不便于操作和应用,特别不适于油藏数值模拟。近几年来,在欧美等国率先发展起来的储层随机条件模拟技术,是一项涉及诸如石油地质学、沉积学、勘探地球物理学、渗流力学、地质统计学、图象处理技术以及计算机科学等多学科的高新技术,这一技术,可用于油气勘探和开发的多个方面,对石油工业的影响越来越X1997—05—09收稿国家863项目“863-306-04-03-1A”资助张永贵,1964年生,博士后,现从事储层地质方面的研究工作2西南石油学院
5、学报1997年深远和广泛。其最为突出的三个优点是:一是可以实现油气储层的精细描述和建模,定量表征和刻画储集层各种尺度的非均质性;二是可用于定量研究储层描述的不确定性,进而研究油气勘探和开发的不确定性和投资风险。虽然地下储层是确定的,客观上是唯一的。但由于地下储层的复杂性和已知信息的有限性。我们对地下储层的认识和描述是不确定的;三是可以综合多种来源的信息和资料,并把它们统一在同一个定量模型之中。储层随机模拟技术包括数种具体的随机建模方法。这些方法理论基础和复杂程度不同,使用条件和目标不同,其中的模拟退火模拟以其灵活、适应性强和易于综合多种来源
6、的资料等优点而受到重视。在储层精细建模方面,模拟退火方法可用于模拟连续或离散的特征,可以很好地保持已知数据所反映的储层空间结构,适用于河流、三角洲、浊流等环境形成的储集层的描述和建模,对于复杂成因的碳酸盐岩储层也可使用。1模拟退火算法的基本理论S.Kirkpatrick等人提出的模拟退火组合最优化算法,已经成功地应用于许多不同的领域求解复杂的全局最优化问题。该算法将组合优化问题与统计力学中的热平衡问题做类比,另辟了一条求解最优化问题的新途径,它通过模拟退火过程,可找到全局或逼近全局的最优解。在热力学中将系统(如处于溶化状态的合金或晶体)缓慢
7、的冷却过程称为“退火”,在这一过程中原子失去热动力时有充裕的时间重新分布并达到有序状态,从而使系统达到最低能量状态。在“退火”过程中系统的能量服务从Boltzmann概率分布,即系统依概率P(E)处于任一能量为E的热平衡状态:P(E)=exp(-E/(θT))(1)其中E为能量,T为温度,θ为Boltzmann常数,该式说明随着温度T的降低,系统处于高能E状态的概率随之减小,这就是退火规律。模拟退火组合优化算法类比于上述热力学规律。首先确定一个能量函数即目标函数,求解最优化问题一般通过Metropolis抽样和“退火”两个过程来实现。Met
8、ropolis抽样过程是在某一给定温度T的情况下,对解的状态空间进行随机抽样,当能量降低即ΔE〈0时,接受当前状态,当ΔE〉0时,则根据概率P(ΔE)=exp(-ΔE/T)(2)
