基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法

王鹏 田懿 冯定 涂忆柳

王鹏, 田懿, 冯定, 涂忆柳. 基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(2): 42-48. doi: 10.11911/syztjs.2020011
引用本文: 王鹏, 田懿, 冯定, 涂忆柳. 基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(2): 42-48. doi: 10.11911/syztjs.2020011
WANG Peng, TIAN Yi, FENG Ding, TU Yiliu. Optimization Design Method for Casing String Combination Based on Heuristic Algorithm[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(2): 42-48. doi: 10.11911/syztjs.2020011
Citation: WANG Peng, TIAN Yi, FENG Ding, TU Yiliu. Optimization Design Method for Casing String Combination Based on Heuristic Algorithm[J]. Petroleum Drilling Techniques, 2020, 48(2): 42-48. doi: 10.11911/syztjs.2020011

基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法

doi: 10.11911/syztjs.2020011
基金项目: 

湖北省技术创新专项“智能油气钻采井眼轨迹控制工具研究”(编号:2019AAA010)和长江大学青年基金项目“影响泥浆脉冲发生器信号质量的关键因素研究”(编号:2016cqn30)联合资助

详细信息
    作者简介:

    王鹏(1983—),男,河南新乡人,2005年毕业于长江大学机械制造及其自动化专业,2008年获长江大学机械设计及理论专业硕士学位,在读博士研究生,主要从事石油机械及井下工具设计、诊断及动态仿真理论与技术应用研究。E-mail:94211936@qq.com

    通讯作者:

    冯定,fengd0861@163.com

    涂忆柳,yiliutu@hotmail.com

  • 中图分类号: TE22

Optimization Design Method for Casing String Combination Based on Heuristic Algorithm

  • 摘要: 针对深井、超深油气井中套管柱组合设计存在非线性、多目标和离散变量组合的问题,提出了一种基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法。采用树状结构表示套管柱组合并将其参数化,给出了体现套管柱成本、质量和安全因素的设计需求向量,建立了以该向量为基础的可调多目标数学模型,并给出了利用启发式算法求解该模型的方法。通过与经典的套管柱设计案例进行比较分析,在最经济方案的情形下,利用所建立数学模型得出的解在适应值方面比原方法更好,如解3在成本和质量方面均有所降低,解2的成本降低4.057%,但质量增加0.274%。研究结果表明,基于启发式算法的套管柱组合优化设计方法得出的解具有合理性,且在一定程度上比原有解更优,可解决深井、超深井套管柱组合设计存在的问题。
  • 图  1  套管柱组合结构模型

    Figure  1.  Structure model of casing string combination

    图  2  套管柱组合树状结构

    Figure  2.  Tree structure of casing string combination

    图  3  套管柱组合优化设计流程

    Figure  3.  Optimizing design flow of casing string combination

    图  4  遗传算法的求解过程

    Figure  4.  Solution process of genetic algorithm

    表  1  最经济方案结果对比

    Table  1.   Results comparison for the most economic program

    x1x2x3n1n2n3质量/kg成本/美元评价值
    解11521151076380150 119.8283 992.4–7.509 3
    解21521101257154150 531.1272 470.0–7.645 8
    解31521151086082149 965.6283 722.7–7.521 2
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    表  2  套管设计最经济方案对比

    Table  2.   Comparison for the most economic program of casing design

    井段/m
    序号价格/
    (美元·m–1
    线密度/
    (kg·m–1
    抗内压强度/
    MPa
    抗挤强度/
    MPa
    抗拉强度/
    kN
    内径/
    mm
    外径/
    mm
    钢级扣型
    解10~1 305.41591.31559.52747.02229.1653 818.10224.409244.5S952
    1305.4~2074.02198.68464.73551.78038.6114 267.55222.377244.5S952
    2074.0~3050.01591.31559.52747.02229.1653 818.10224.409244.5S952
    解20~1525.01591.31559.52747.02229.1653 818.10224.409244.5S952
    1 525.0~2 391.22198.68464.73551.78038.6114 267.55222.377244.5S952
    2 391.2~3 050.01072.67759.52727.23429.1652 687.80224.409244.5S801
    解30~1 317.61591.31559.52747.02229.1653 818.10224.409244.5S952
    1 317.6~2 049.62198.68464.73551.78038.6114 267.55222.377244.5S952
    2 049.6~3 050.01591.31559.52747.02229.1653 818.10224.409244.5S952
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    表  3  最经济方案中每组的最小安全系数

    Table  3.   Comparison of minimum design safety factors per segment in the most economic program

    最小安全系数
    抗拉抗内压抗外挤
    解1G12.601.181.47
    G25.001.461.46
    G38.301.601.13
    解2G12.591.181.27
    G25.661.531.46
    G38.651.011.20
    解3G12.601.181.45
    G25.041.461.46
    G38.101.591.13
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-17
  • 修回日期:  2020-02-10
  • 网络出版日期:  2020-03-06
  • 刊出日期:  2020-03-01

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