曹 宇 高小永 左 信

（中國石油大學(xué)（北京）信息科學(xué)與工程學(xué)院）

天然氣作為清潔高效的低碳化石能源，肩負(fù)著能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)從化石能源向可再生能源過渡的重要使命，在“雙碳戰(zhàn)略”目標(biāo)背景下，大力發(fā)展天然氣是中國建設(shè)清潔低碳能源體系的必然選擇。2010～2020 年的天然氣消費(fèi)量數(shù)據(jù)也顯示，我國天然氣的消費(fèi)量居高不下，呈逐年陡增的趨勢［1，2］。 隨著國內(nèi)天然氣需求的不斷攀升，供需矛盾日益突出，天然氣的高效開采對(duì)于緩解其供需矛盾至關(guān)重要［3］。

在天然氣的開采過程中， 隨著開采不斷推進(jìn)，氣井產(chǎn)量不斷降低，氣體流速持續(xù)減小，并且由于井底能量不足以攜帶全部積液出井筒，導(dǎo)致積液在井底不斷累積形成液柱，液柱進(jìn)而對(duì)氣井增加額外的回壓使得其自噴能力下降，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，轉(zhuǎn)變成低產(chǎn)低效井，低產(chǎn)低效井產(chǎn)能無法穩(wěn)定釋放，嚴(yán)重影響氣井開發(fā)效益，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 為了減少氣井積液累積帶來的危害，現(xiàn)有的解決技術(shù)有間歇?dú)馀e、泡沫排水、電潛泵及柱塞氣舉等。 間歇?dú)馀e需要使用壓縮機(jī)；泡沫排水不適用于大規(guī)模井組且在氣井壓力較低的情況下無法滿足清理積液的需求；電潛泵存在成本高和易老化的問題； 柱塞氣舉工藝成本低、維護(hù)方便，同時(shí)能夠達(dá)到較好的增產(chǎn)和清理井筒積液的效果。 但是柱塞氣舉作業(yè)存在規(guī)模大、井間相互影響大及操作優(yōu)化難度大等難題和挑戰(zhàn)。

在我國， 柱塞氣舉井占比大且呈增加趨勢，以蘇東南區(qū)為例，柱塞氣舉井達(dá)175 口，占蘇東南區(qū)氣井總數(shù)的24.10%［4］，如何提高柱塞氣舉工藝的操作效率，完善優(yōu)化開關(guān)井生產(chǎn)制度，最大程度地發(fā)揮柱塞氣舉工藝的優(yōu)勢，形成高經(jīng)濟(jì)效益，成為當(dāng)前重要的研究熱點(diǎn)。 筆者綜合了近年來柱塞氣舉工藝操作優(yōu)化的相關(guān)研究成果，重點(diǎn)闡述單井優(yōu)化模型、 井群優(yōu)化模型和優(yōu)化算法3個(gè)主要研究方向的研究進(jìn)展，對(duì)該領(lǐng)域現(xiàn)有成果進(jìn)行了總結(jié)分析，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)柱塞氣舉未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 柱塞氣舉井操作問題描述與難點(diǎn)分析

1.1 柱塞氣舉工藝問題描述

柱塞氣舉工藝是通過間歇開關(guān)井的方式積攢能量，從而推動(dòng)油管內(nèi)柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)排出井筒積液，并進(jìn)行天然氣開發(fā)的排水采氣方法［5］，其工作原理如圖1 所示［6］。

圖1 柱塞舉升的工作原理

柱塞在自身重力作用下沉沒到安裝在生產(chǎn)管柱底部的卡定器上，同時(shí)關(guān)井。 隨著天然氣在柱塞下方和油套環(huán)空之中聚集，井底天然氣能量開始恢復(fù)，當(dāng)井底壓力增大到一定值時(shí)，打開井口閥門，在油套壓差的作用下，油套環(huán)空中的天然氣進(jìn)入油管，依靠氣體能量將柱塞及其上方液體一同向上舉升，液體被排出井筒，同時(shí)天然氣產(chǎn)出，此時(shí)氣井仍可繼續(xù)生產(chǎn)，直到井底重新開始積液、積攢的天然氣能量釋放后，柱塞氣舉完成一個(gè)工作周期。 然后關(guān)閉井口，柱塞重新回落到卡定器頂部，繼續(xù)重復(fù)上述工作周期。 柱塞作為地層產(chǎn)出氣與井筒積液之間的固體分界面，可以有效降低液體漏失回落， 從而減少滑脫損失，提升氣舉效率。

1.2 柱塞氣舉工藝操作難點(diǎn)分析

柱塞氣舉工藝在應(yīng)用過程中仍然面臨著以下的問題和挑戰(zhàn)：

a. 管理以人工為主，風(fēng)險(xiǎn)大、成本高。 柱塞氣舉采氣工藝操作過程變化較大，需要專業(yè)人員管理， 具體的管理制度也需要做出必要的調(diào)整，每天的開關(guān)井時(shí)間需要多次設(shè)定，如果開關(guān)井的整體速度不合理，將會(huì)導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)問題的發(fā)生，而又無法評(píng)估導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。 同時(shí)現(xiàn)有柱塞氣舉控制系統(tǒng)功能單一， 只能進(jìn)行簡單的定時(shí)開關(guān)井模式，生產(chǎn)制度合理性直接決定氣井柱塞氣舉排液效果［7］，如果制度不合理，無法找到最佳的開井和關(guān)井時(shí)機(jī)，不能保證每次的產(chǎn)氣量最大化，不僅造成柱塞氣舉的低效甚至?xí)А?另外，在開采氣井的過程中無法完全開采至枯竭，部分情況下需要更換使用其他的舉升方式，使得操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度增加，操作和管理成本升高，耗時(shí)耗力。

b. 舉液效率低，井筒積液后排液困難，容易減產(chǎn)。 隨著氣田的持續(xù)開采，部分水平井產(chǎn)量、壓力遞減快，表現(xiàn)出不同程度井筒積液特征。 組合管柱水平井由于特殊的井身結(jié)構(gòu)，常規(guī)柱塞工藝存在坐落器投放難度大、舉液效率低、井口裝置壓裂砂沖蝕嚴(yán)重等問題，影響柱塞舉升效率和推廣應(yīng)用，受限于水平井特殊井身結(jié)構(gòu)，氣井所需臨界攜液流量高，同時(shí)泡沫排水、速度管柱及提產(chǎn)帶液等工藝措施效果不佳［8］， 井筒積液后排液非常困難，井筒中只要少量液體集聚，就會(huì)增大對(duì)氣層的回壓，而這種現(xiàn)象存在，就有可能造成氣井嚴(yán)重減產(chǎn)。

c. 需要定期關(guān)井憋壓積攢能量舉升柱塞，且關(guān)井時(shí)間難以準(zhǔn)確估計(jì)， 對(duì)優(yōu)化控制影響很大。柱塞想從井口下落，必須關(guān)井停產(chǎn)，有些氣井還需要繼續(xù)關(guān)井實(shí)現(xiàn)壓力恢復(fù)，才能積攢足夠舉升能量攜出柱塞，嚴(yán)重影響生產(chǎn)時(shí)效，而柱塞下落至井底的時(shí)間較長， 由于柱塞與油管間隙小，柱塞受到下落的摩擦力、氣體的阻力和托舉力的作用，在油管中下落的速度變得很慢，在實(shí)際使用中，3 km 的氣井， 柱塞下落至緩沖卡定器的時(shí)間在35～50 min，大幅降低了井組的工作效率。

d. 多井生產(chǎn)的壓力串?dāng)_現(xiàn)象嚴(yán)重，復(fù)雜串?dāng)_機(jī)理嚴(yán)重影響整體產(chǎn)能提高。 對(duì)于一個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)上若干口柱塞氣井來說，會(huì)存在氣井間壓力互相影響的問題，一個(gè)井場的柱塞氣舉井運(yùn)行過程中形成抑制，或者因開井壓力波動(dòng)變化較大，會(huì)導(dǎo)致柱塞氣井回壓受到影響［9］。同時(shí)，所有氣井用的是同一根外輸管線，每一口井的開井生產(chǎn)都會(huì)提高外輸管線的壓力，而管線壓力增高會(huì)造成氣井減產(chǎn)，彼此存在壓力串?dāng)_現(xiàn)象。 洞悉復(fù)雜壓力串?dāng)_機(jī)理，對(duì)作業(yè)制度制定和優(yōu)化至關(guān)重要，也是提高整體產(chǎn)能的重要關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

2 柱塞氣舉單井操作優(yōu)化過程模型研究進(jìn)展

柱塞氣舉操作的可控因素主要包括開關(guān)井時(shí)間、油套壓和井筒積液高度。 當(dāng)已知?dú)饩_關(guān)井時(shí)間和油套壓時(shí)， 隨之可得井筒積液高度，而當(dāng)已知開井時(shí)間和開井套壓時(shí)，開井油壓也可得到。 所以開、關(guān)井時(shí)間和開、關(guān)井套壓為柱塞氣舉操作優(yōu)化的4 個(gè)重要參數(shù)，換言之，做好柱塞氣舉單井操作優(yōu)化工作就是做好壓力和開關(guān)井時(shí)間的優(yōu)化工作。

2.1 井筒壓力計(jì)算

針對(duì)氣液兩相流井筒壓力計(jì)算的研究，國內(nèi)外諸多學(xué)者針對(duì)不同的理論提出了大量的井筒壓力計(jì)算模型，模型研究從初期的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饾u趨向于機(jī)理，模型精度也逐步提高。

Orkiszewski J 從兩相管流流型出發(fā)， 建立了使用范圍較廣的兩相流流型的壓降計(jì)算模型［10］。Beggs D H 和Brill J P 在均相流模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩相流的壓力梯度方程進(jìn)行傾斜管流實(shí)驗(yàn)，提出了兩相流管流阻力系數(shù)與截面持液率和含氣率的關(guān)系模型［11］。 周生田和張琪不計(jì)水平井筒的兩相流動(dòng)的加速度壓降，利用已有變質(zhì)量流動(dòng)基礎(chǔ)，對(duì)研究微元進(jìn)行了流入流出分析，建立了水平井筒氣液兩相的壓降計(jì)算方法［12］。 劉想平等則根據(jù)質(zhì)量守恒定律和動(dòng)量定律建立了流體的井筒流動(dòng)和地層流動(dòng)的耦合模型［13］。 Gomez L 等從機(jī)理特征入手，對(duì)垂直井和水平井的兩相管流進(jìn)行研究，將流型劃分為段塞流、環(huán)形流及分層流等，建立了垂直井、水平井兩相管流壓降計(jì)算模型［14］。 李媚等提出了不同的氣液比對(duì)應(yīng)不同的壓降計(jì)算方法［15］。Hasan A R 等轉(zhuǎn)換思路，從漂移模型出發(fā)，提出了一種全新的持液率壓力梯度計(jì)算公式， 因?yàn)樵摴桨植枷禂?shù)和漂移速度，所以適用于 各種流型［16］。 Bhagwat S M 和Ghajar A J 在已有漂移模型的基礎(chǔ)上做了修改， 建立了不依賴流型判斷的井筒壓降計(jì)算模型［17］。 李波等則在漂移模型的基礎(chǔ)上，考慮井筒溫度和壓力瞬態(tài)的耦合，結(jié)合熱力學(xué)知識(shí)，建立了耦合模型［18］。

學(xué)者們從機(jī)理出發(fā)，建立了壓降模型、壓力、溫度耦合模型，但現(xiàn)有模型和算法需要大量準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息作為支撐，可現(xiàn)場實(shí)際情況卻缺乏完備高效的數(shù)據(jù)采集硬件基礎(chǔ)條件，且受復(fù)雜工況的影響，采集的部分?jǐn)?shù)據(jù)本身就不準(zhǔn)確，使得以此為基礎(chǔ)搭建的模型準(zhǔn)確度不高。 因此，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確且有限，同時(shí)干擾因素較多，是亟需解決的問題。

在得到了準(zhǔn)確的壓力數(shù)值之后，如何進(jìn)一步指導(dǎo)單井生產(chǎn)，寧碧等總結(jié)了現(xiàn)有柱塞舉升排液采氣的流入動(dòng)態(tài)方程，依據(jù)壓力數(shù)值可得單井的產(chǎn)能，進(jìn)而便于直觀地進(jìn)行操作［19］，但方程中的產(chǎn)能系數(shù)和產(chǎn)能指數(shù)落實(shí)到現(xiàn)場每口井比較困難，如若可以結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，利用生產(chǎn)數(shù)據(jù)作為支撐并結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘和驅(qū)動(dòng)理論，得到較為準(zhǔn)確的參數(shù)，會(huì)更方便現(xiàn)場操作的實(shí)施。

2.2 柱塞氣舉開關(guān)井時(shí)間

柱塞氣舉的開關(guān)井時(shí)間對(duì)操作優(yōu)化意義重大，是操作優(yōu)化的重要指導(dǎo)信息。 Subash K K 等對(duì)特定井進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)井的生產(chǎn)狀況，在此基礎(chǔ)上， 利用瞬時(shí)模擬軟件得到開關(guān)井時(shí)間［20］。Hashmi G M 等則給出了較為完備的假設(shè)條件，從機(jī)理出發(fā)得到開井的最低套管壓力公式和儲(chǔ)層模型［21］。 梅華平等基于井歷史數(shù)據(jù)得到地層壓力測算模型和井筒積液測算模型，并以此為基礎(chǔ)得到開關(guān)井最低套壓值［22］。 王曉輝等則利用歷史數(shù)據(jù)得到關(guān)井壓力恢復(fù)曲線，以載荷系數(shù)為主要依據(jù)進(jìn)行開關(guān)井控制［23］。 Wang H 等沒有借助數(shù)據(jù)，推導(dǎo)得到了關(guān)井時(shí)套壓與關(guān)井時(shí)間成對(duì)數(shù)線性關(guān)系，并給出了通用公式［24］。 Naresh N N 等從柱塞氣舉整體入手，使用9 個(gè)連續(xù)狀態(tài)變量來描述動(dòng)態(tài)過程（包括液體的質(zhì)量、柱塞的位置及速度等）， 使用6 個(gè)二元狀態(tài)變量來表示柱塞舉升周期的6 個(gè)階段，然后將6 個(gè)狀態(tài)的值取平均得到連續(xù)的閾值，從而轉(zhuǎn)化成ARX 模型，再求解得到開關(guān)井的時(shí)間［25］。 林鵬等則依據(jù)歷史數(shù)據(jù)提出一種智能化控制開關(guān)井的模型［26］。

國內(nèi)外學(xué)者大致從兩個(gè)思路出發(fā)：一是由機(jī)理入手推導(dǎo)得到壓力模型或積液模型等作為開關(guān)井的依據(jù)；二是基于歷史數(shù)據(jù)，利用軟件進(jìn)行模擬，進(jìn)而得到開關(guān)井的時(shí)間。 但這兩種思路都存在亟需解決的問題。 建立機(jī)理模型做了大量的假設(shè)條件，加上模型中的重要參數(shù)取自特定場景下的試驗(yàn)井， 所以是較為理想狀態(tài)下的模型，不具有普遍性，并不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

利用軟件結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘進(jìn)而指導(dǎo)柱塞氣舉工藝，現(xiàn)有成果的廣度和深度不夠，且只適用于一定的生產(chǎn)條件，具有局限性。 如果將柱塞氣舉機(jī)理模型和數(shù)據(jù)挖掘有機(jī)結(jié)合，會(huì)有突破性的進(jìn)展。

3 柱塞氣舉井群操作問題研究進(jìn)展

柱塞氣舉井群操作優(yōu)化相較于單井操作優(yōu)化，在單井操作優(yōu)化的基礎(chǔ)上，需要考慮多井生產(chǎn)的壓力串?dāng)_和整體生產(chǎn)調(diào)度問題。 一個(gè)生產(chǎn)平臺(tái)上的若干口柱塞氣井之間，會(huì)存在彼此壓力互相影響的問題，影響一方面存在于井底，由于連通性、滲透等導(dǎo)致的壓力串?dāng)_影響；另一方面也存在于從井口到集氣站井之間的相互影響，即回壓影響， 開井時(shí)管網(wǎng)整體壓力上漲影響生產(chǎn)，關(guān)井時(shí)管線產(chǎn)量降低造成管道積液易凍堵問題。 生產(chǎn)調(diào)度則要綜合考慮井的生產(chǎn)、運(yùn)輸及產(chǎn)量分配等約束給出整體的生產(chǎn)方案。

3.1 井間壓力干擾問題

井間干擾是常規(guī)和非常規(guī)資源開發(fā)中普遍存在的現(xiàn)象，而井底壓力干擾大概率出現(xiàn)在存在天然裂縫的地層中［27］，文獻(xiàn)［27］結(jié)合數(shù)值、半分析和分析模型工具，以識(shí)別、分析和可視化井間干擾過程開發(fā)了物理模型，以定量模擬井干擾的壓力反應(yīng)。 陳京元等指出，壓力干擾分為基質(zhì)連通和裂縫連通兩種，基質(zhì)連通形成的干擾信號(hào)需要較長時(shí)間甚至數(shù)年才能被采集到，而裂縫連通產(chǎn)生的干擾信號(hào)較為強(qiáng)烈， 短時(shí)間即可采集到，陳京元等分別從線性流公式和物質(zhì)平衡方程出發(fā)，給出了壓力和時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系公式［28］。 何樂等則利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法評(píng)價(jià)了10 項(xiàng)因素（從大到小依次為井間距、巷道位置、母井生產(chǎn)時(shí)間、單簇用液規(guī)模、裂縫程度、單段孔數(shù)、單段簇?cái)?shù)、單段用液規(guī)模、垂深和施工排量）與壓力擾動(dòng)的關(guān)聯(lián)程度［29］。 Kumar A 等提出一種基于示蹤劑分析和壓力干擾數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的多井區(qū)塊壓裂水平井間干擾程度計(jì)算方法，采用一種有效的儲(chǔ)層模型來模擬生產(chǎn)過程中井間的壓力干擾［30］。

在井口壓力干擾方面，劉孟鵬等針對(duì)井口針閥節(jié)流，利用公式推導(dǎo)得到了回壓對(duì)單井的影響［31］。 王林等從支線輸送壓力對(duì)氣井影響、管線積液兩方面入手，提出降低輸送壓力的方法［32］。

現(xiàn)有的井底干擾考慮的對(duì)象僅局限于兩口井，即母井受到子井干擾的情況。 而在實(shí)際生產(chǎn)中， 一個(gè)地層井群中的每口井都存在壓力串?dāng)_，是一個(gè)大規(guī)模的壓力干擾問題，同時(shí)壓力串?dāng)_會(huì)隨著井的生產(chǎn)時(shí)間增加而發(fā)生變化，需要實(shí)時(shí)做出改變。 研究表明，井間位置、壓裂時(shí)間等可有效降低壓力串?dāng)_程度，所以壓力干擾優(yōu)化也是未來有效提高氣井產(chǎn)量和恢復(fù)速度的重要研究課題。

目前，關(guān)于井口干擾的研究較少，而且沒有從井群的角度進(jìn)行分析，大多是從管線對(duì)單井的回壓角度展開的研究。 這也是未來柱塞氣舉井群生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率的重點(diǎn)研究方向。

3.2 井群生產(chǎn)調(diào)度

井群生產(chǎn)調(diào)度是從整體考慮，以閥門、單井開關(guān)及管道狀態(tài)等作為決策變量，產(chǎn)量、壓力及溫度等作為約束條件，搭建模型求解給出整體的井群生產(chǎn)調(diào)度方案。 閥門和管道狀態(tài)相對(duì)于柱塞氣舉操作優(yōu)化來說，很大程度上更能滿足下游的需求。 文獻(xiàn)［33］中，Liu E B 等以管道穩(wěn)態(tài)運(yùn)行能耗最小或經(jīng)濟(jì)效益最大為目標(biāo)，建立了管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化模型。 而在文獻(xiàn)［34］中，Liu E B 等又以最小能耗為目標(biāo)函數(shù)，建立了天然氣管道瞬態(tài)優(yōu)化模型，其中考慮了壓縮機(jī)的開關(guān)狀態(tài)和管道末端狀態(tài)，引入了調(diào)壓和限流措施。 Shah M S 等采用節(jié)點(diǎn)分析法，將從油藏到分離器出口壓力的每個(gè)部件識(shí)別為系統(tǒng)中的阻力， 采用F.A.S.T.Virtu Well軟件包對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，通過降低井口壓力提高了產(chǎn)量［35］。 Hoffmann A 則從閥門入手，利用閥門解決出氣搭建模型，從單井到井群再到處理站約束，利用分段線性模型（SOS2）轉(zhuǎn)混合整數(shù)非線性規(guī)劃（MINLP）為混合整數(shù)線性規(guī)劃（MILP），然后利用商用求解器進(jìn)行求解［36］。 國內(nèi)方面，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界在井群生產(chǎn)調(diào)度層面研究較少，鄭道明等根據(jù)氣田的實(shí)際情況，以套壓和載荷因數(shù)作為調(diào)整作業(yè)制度的依據(jù)［37］。 劉華敏等根據(jù)單井的平均產(chǎn)量對(duì)氣井進(jìn)行分類，然后實(shí)施對(duì)應(yīng)的工作制度［38］。

現(xiàn)有報(bào)道中，工業(yè)界的生產(chǎn)工作制度的調(diào)整和優(yōu)化過多依賴現(xiàn)場人員的經(jīng)驗(yàn)，效率低且不夠精確，學(xué)者們在整體層面上以壓縮機(jī)開關(guān)狀態(tài)管道末端狀態(tài)、閥門等為約束條件，搭建生產(chǎn)優(yōu)化模型， 但其中沒有考慮單井產(chǎn)量與外輸壓力、外輸壓力與總流量、柱塞上升/下降時(shí)間與套管與外輸壓力差值，以及氣井壓力恢復(fù)時(shí)間與井下液位等多項(xiàng)生產(chǎn)約束，具有一定的局限性，對(duì)上述生產(chǎn)約束加以考慮， 形成多井群協(xié)同生產(chǎn)優(yōu)化模型，會(huì)對(duì)柱塞氣舉操作優(yōu)化有重要指導(dǎo)意義。

4 柱塞氣舉井操作優(yōu)化算法研究進(jìn)展

柱塞氣舉操作生產(chǎn)調(diào)度研究的核心內(nèi)容就是調(diào)度算法的研究和優(yōu)化。

生產(chǎn)調(diào)度問題的分類方法較多，依據(jù)復(fù)雜程度， 可將生產(chǎn)調(diào)度分為單機(jī)調(diào)度、Shop 調(diào)度及并行調(diào)度等；根據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則，可將生產(chǎn)調(diào)度分為基于代價(jià)和性能的調(diào)度； 也可根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的不同， 將生產(chǎn)調(diào)度分為確定性調(diào)度和隨機(jī)性調(diào)度；同時(shí)， 也可根據(jù)加工任務(wù)或者加工工件的特征，將生產(chǎn)調(diào)度分為靜態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)調(diào)度［39］。

調(diào)度問題方法上， 最初主要是數(shù)學(xué)規(guī)劃居多，Chen J S 和Pan J C H 將數(shù)學(xué)規(guī)劃建模方法應(yīng)用于生產(chǎn)過程調(diào)度問題［40］。 李光華等則運(yùn)用MILP 模型求解了石化行業(yè)生產(chǎn)調(diào)度問題［41］。 文獻(xiàn)［42，43］采用運(yùn)籌學(xué)的分支定界法，在上下界確定方法上進(jìn)行了理論研究，并應(yīng)用于生產(chǎn)過程調(diào)度問題。

之后，啟發(fā)式算法逐漸發(fā)揮作用，基于啟發(fā)式規(guī)則的方法， 具有難度低和運(yùn)算簡便的優(yōu)點(diǎn)，文獻(xiàn)［44，45］都在簡單啟發(fā)式算法的基礎(chǔ)上，利用調(diào)度問題求解過程中的信息，分別構(gòu)造了SVS算法和PH 算法； 國內(nèi)學(xué)者劉忠耀等采用啟發(fā)式算法結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件編程對(duì)生產(chǎn)調(diào)度問題進(jìn)行了求解，并取得了相對(duì)滿意的方案和成果［46］。

基于仿真的方法也是常用的建模方法，可以借助數(shù)據(jù)支持解決復(fù)雜問題，但工作量大、費(fèi)用昂貴，Chan F T S 等將過程仿真模型應(yīng)用于典型的生產(chǎn)過程調(diào)度問題［47］。

另外，Chen Y 等還研究了基于多智能體代理的建模方法［48］。 基于人工智能的方法，趙博在前人工作的基礎(chǔ)上提出了MAS 技術(shù)的各種調(diào)度算法的集成［49］；石柯和李培根提出多智能體技術(shù)，結(jié)合協(xié)同式策略，采用AI 技術(shù)來求解調(diào)度問題［50］。

此外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力和魯棒性強(qiáng)， 也被很多學(xué)者應(yīng)用到調(diào)度優(yōu)化。近年來，國內(nèi)學(xué)者談宏志等［51］和國外學(xué)者Teymourifar A 和Ozturk G［52］都采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集合啟發(fā)式算法來解決經(jīng)典的生產(chǎn)調(diào)度問題，提高了算法的性能以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。

目前，在生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域的算法研究工作存在以下幾個(gè)問題：

a. 現(xiàn)有的理論沒有與現(xiàn)場實(shí)際情況相結(jié)合；

b. 每個(gè)算法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但鮮有能將多種算法有機(jī)結(jié)合的成果；

c. 調(diào)度優(yōu)化算法在生產(chǎn)調(diào)度領(lǐng)域，尤其是柱塞氣舉工藝應(yīng)用中較少。

今后， 在以上3 個(gè)問題上進(jìn)行算法的攻克，并應(yīng)用到柱塞氣舉工藝上，將會(huì)取得開創(chuàng)性的研究進(jìn)展。

5 結(jié)論與展望

筆者從單井優(yōu)化模型、井群優(yōu)化模型和優(yōu)化算法3 個(gè)方向入手，綜述了柱塞氣舉操作優(yōu)化當(dāng)前已有的學(xué)術(shù)研究成果，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的研究進(jìn)展以及現(xiàn)存的實(shí)際問題，對(duì)未來發(fā)展方向進(jìn)行展望如下：

a. 針對(duì)井群間的壓力干擾問題，目前現(xiàn)有的研究集中在井底壓力串?dāng)_上，對(duì)于井口壓力干擾研究甚少， 而這恰恰是現(xiàn)場亟需解決的關(guān)鍵問題。 從牛頓第二定律、物料及能量守恒等入手搭建模型，結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)、圖表曲線進(jìn)行分析是好的切入點(diǎn)，同時(shí)合理使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行求解也是解決此類問題的重要方向。

b. 隨著數(shù)字氣田的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集已普遍應(yīng)用于各大氣田，柱塞氣舉系統(tǒng)積累了包括柱塞氣舉參數(shù)、地質(zhì)參數(shù)、生產(chǎn)參數(shù)、可控參數(shù)及流體參數(shù)等的大量數(shù)據(jù)，借助于采集和儲(chǔ)存的各口井、各個(gè)時(shí)段和各個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理有效的預(yù)處理，通過數(shù)據(jù)挖掘從有效數(shù)據(jù)中挖掘有價(jià)值的信息， 通過數(shù)據(jù)提取等方法，對(duì)不準(zhǔn)確數(shù)據(jù)總結(jié)其中的規(guī)律。 對(duì)于極其復(fù)雜難以搭建機(jī)理模型的工藝， 可以采取簡化為線性、對(duì)數(shù)線性或者其他模型，然后在此基礎(chǔ)上利用擬合、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等方法得到模型參數(shù)，進(jìn)而得到符合現(xiàn)場要求的工藝模型，對(duì)氣井柱塞氣舉老井優(yōu)化和新井設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。

c. 從全局角度出發(fā)，在單井模型和井群模型的基礎(chǔ)上，以單井套管壓力、開關(guān)井模型及井群壓力干擾等作為約束條件，以效益最大、成本最低為目標(biāo)函數(shù)， 搭建柱塞氣舉整體生產(chǎn)調(diào)度模型，利用現(xiàn)有較為成熟的調(diào)度算法結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況進(jìn)行模型的求解。 從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從單目標(biāo)優(yōu)化到多目標(biāo)優(yōu)化，并且從開環(huán)向閉環(huán)優(yōu)化進(jìn)行發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)監(jiān)測、診斷和實(shí)施優(yōu)化技術(shù)的提升，成為提高氣田開發(fā)企業(yè)核心競爭力和效益的重要保障。