三元复合驱是一项重要的三次采油技术,能充分利用三元驱替剂(碱、表面活性剂和聚合物)之间的协同效应改变油藏的物理化学特性,有效的提高采收率。然而,三元复合驱驱油机理复杂,缺乏科学的机理模型描述驱油过程,且驱替剂价格昂贵、开采周期长。为了科学地制定开采方案,获取最大的经济效益,本文对三元复合驱的建模和最优控制方法进行研究。基于驱油机理建立了三元复合驱数学模型,并针对三维模型给出了采用全隐式有限差分的离散求解方法。以净现值为性能指标,以三元复合驱模型为支配方程,以驱替剂的注入浓度、段塞长度、驱油结束时间为控制变量,结合驱替剂用量、浓度、物化代数方程等约束条件,建立了三维三元复合驱的最优控制模型。基于离散极大值原理推导了最优控制的必要条件。针对三元复合驱采用段塞式注入,控制变量不连续的特点,提出了自适应正交函数近似的最优控制方法。针对高斯伪谱和有理Haar函数,首先采用约束凝聚将路径约束处理为终端状态约束,然后经过多阶段问题转化、正交函数近似一系列处理,将原始最优控制问题离散化为非线性规划,最后采用序列二次规划进行求解。为了提高精度、准确识别不连续性,引入自适应策略和具有最优性验证的控制结构检测方法。通过对优化段塞长度和注入浓度的三元复合驱最优控制问题求解,验证方法的有效性。针对自适应正交函数近似求解计算量大,计算效率低的问题,对三元复合驱动态规划进行研究。提出一种动态尺度混合整数迭代动态规划算法:考虑到段塞长度的整数时间限制,引入整数截断策略进行处理。引入动态调整策略调整收缩因子和调整因子,提高算法精度。通过对三元复合驱最优控制求解(优化注入浓度、段塞长度和终端驱油时间)验证方法的有效性。提出一种基于执行-评价框架的近似动态规划算法:构造线性基函数实现控制策略和值函数的近似;采用时间差分学习算法计算值函数的权重系数;采用执行-评价框架将值函数和控制策略整合,并通过谱共轭剃度法迭代求解最优控制。通过对三元复合驱最优控制求解(仅优化注入浓度)验证方法的有效性。针对三元复合驱开采中,存在多个多个不确定指标的情况,研究基于螺旋优化的模糊多目标最优控制求解方法。通过引入拉丁超立方采样和自适应柯西变异,提出一种混合螺旋优化算法。提出一种基于对称模型和水平截集的模糊多目标处理方法,将模糊多目标转化为确定性问题,进而采用混合螺旋优化算法求解。通过对三元复合驱模糊多目标最优控制求解(仅优化注入浓度)验证方法的有效性。针对三元复合驱机理模型涉及多个耦合偏微分方程,求解效率低的问题,提出一种基于双正交时空Wiener建模的迭代动态规划算法。首先建立三元复合驱辨识模型,采用双正交时空分解,将集中参数Wiener模型拓展为分布参数时空模型,辨识输入-状态之间的关系;采用ARMA模型建立状态-输出之间的关系。通过催化反应器仿真,验证建模方法的精度和泛化能力。其次,基于辨识模型,采用迭代动态规划进行求解。保持段塞固定,仅优化注入浓度,对三元复合驱最优控制进行求解。