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对油藏注水采油过程实施最优控制是实现高效、合理开采油藏资源的途径之一,通过求解描述开采过程的最优控制数学模型,实时地优化注采参数获得最优生产方案,从而达到最大化开采效益的目的。油藏注水采油最优控制问题在数学上可归结为求解泛函的极值问题,目前尚无法直接求得解析解。伴随梯度法结合油藏数值模拟技术对这类问题进行数值求解是目前最高效方法,但其占用计算资源大,对计算机性能要求高。本文以POD(Proper Orthogonal Decomposition,最佳正交分解)方法为基础设计了一种新的求解油藏注水采油最优控制问题的数值算法。通过POD方法对油、水渗流控制方程进行降阶获得低阶模型,再将低阶模型引进油藏注水采油最优控制模型获得低阶最优控制模型,这样,最优控制问题的求解仅以少量的POD系数作为直接优化变量,大幅度地降低了油藏注水采油最优控制问题的求解困难与对计算资源的需求。POD基函数的精确性是决定低阶最优控制模型优化结果精确性的关键,而足够多的样本是POD基函数具有足够精度的保证。为了既能克服油藏模型中注采参数较多而导致样本选取工作量巨大的缺陷,又能使得POD基函数足够地精确,提出了采用正交试验设计的方法用于选取样本时设计各注采参数的组合;针对开采过程中由于新井加入而需要对后续的最优控制方案重新求解,即重新求解POD基函数的问题,设计了只采用低阶模型与低阶最优控制模型对原先的POD基函数进行更新的方法,避免了重新设计若干注采参数并采用油藏数值模拟方法选取大量样本用于求解新的POD基函数;此外,根据多层油藏问题的特征,对低阶最优控制模型进行了相应改进并应用于多层油藏注水采油实例。应用实例的测试结果表明:本文提出的低阶最优控制模型实现了对油藏注水采油最优控制问题的直接求解,优化后的生产方案能够大幅度地提高油藏注水采油的生产净现值,且与伴随梯度法求解的误差不超过0.25%,验证了计算模型服务于油藏注水采油最优生产方案制定的可行性。此外,网格数的增加并不影响低阶最优控制模型的实施,显示了计算模型在计算资源上的优势,从而大幅度地减轻了对计算机性能的需求。