Algoritmos heurísticos para el problema de optimización del área de drenaje en yacimientos no convencionales de hidrocarburos

• Autores: Russo, Christian Sebastián
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Delle Donne, Diego Andrés; Marenco, Javier Leonardo
• Materia: YACIMIENTOS NO CONVENCIONALES; ALGORITMOS GOLOSOS; COLONIA DE HORMIGAS; PROGRAMACION LINEAL ENTERA; UNCONVENTIONAL FIELDS; GREEDY ALGORITHM; ANT COLONY; ENTIRE LINEAR PROGRAMMING
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

En este trabajo se estudia el problema de optimización del área de drenaje en yacimientos no convencionales de hidrocarburos, con el objetivo de proponer un plan de explotación del yacimiento que optimice la producción total. El problema consiste en cubrir el mapa del yacimiento con pads rectangulares que tienen configuraciones predeterminadas, de modo tal que cada pad esté completamente contenido en el yacimiento, los pads no se superpongan entre sí, y las construcciones en superficie (llamadas locaciones) no se encuentren sobre accidentes geográficos ni construcciones existentes. En un trabajo previo se presentó un algoritmo basado en programaci´on lineal entera para este problema, que permitió resolver instancias reales pero que –dependiendo de los datos– puede generar soluciones con superposiciones entre los pads (dado que el modelo que se resuelve en la práctica tiene algunas restricciones relajadas, para manejar los tiempos de cómputo) y puede sufrir problemas de memoria. En este trabajo presentamos algoritmos heurísticos para este problema, que evitan estos inconvenientes. En particular, presentamos dos algoritmos golosos, dos algoritmos basados en colonia de hormigas y dos algoritmos basados en programación lineal entera. El primer algoritmo goloso es sencillo, y el segundo agrega un procedimiento de búsqueda local para encontrar mejores soluciones. Ambos algoritmos trabajan sobre una discretización del yacimiento, y los tiempos de cómputo aumentan a medida que la discretización se refina. Para evitar esta situación, se presenta además un algoritmo basado en colonia de hormigas, que trabaja sobre el yacimiento en forma continua, además de evitar los problemas ya mencionados. Finalmente, proponemos dos mejoras al procedimiento basado en programación lineal entera previo, con el objetivo de evitar las superposiciones entre pads. El primer algoritmo resuelve previamente la relajación lineal del modelo sobre una discretización limitada, utilizando a continuación la información obtenida. En el segundo algoritmo se realizan modificaciones a la forma de generar el modelo de programación lineal entera, también con el objetivo de evitar las superposiciones entre pads. Presentamos experimentos computacionales para analizar la efectividad de los enfoques propuestos, y estudiar en qué casos conviene utilizar cada uno.
In this work we study the problem of optimizing the operations of unconventional oil and gas fields, with the objective of maximizing total output. The problem consists of covering the field map with rectangular pads having prespecified configurations, in such a way that each pad is completely included within the field, pads do not overlap, and surface structures (called locations) do not hit geographical accidents or existing buildings. In a previous work, a linear programming based procedure was presented for this problem, and this procedure allowed to solve real-life instances, albeit -in some cases- producing plans with overlappings among the pads (since a relaxation is solved) and suffering from memory issues. In this work we present heuristics for this problem, that avoid these issues. In particular, we introduce two greedy procedures, two ant colony based algorithms, and two integer programming based procedures. The first greedy algorithm is quite simple, whereas the second one resorts to a local search in order to find better solutions. Both algorithms use a discretization of the field, and running times increase as the discretization is refined. In order to avoid this situation, we introduce procedures based on ant colonies, which do not discretize the field map. Finally, we propose two enhancements to the existing procedure based on integer programming, with the objective of avoiding pad overlappings. The first of such procedures first solves the linear relaxation on a broad discretization, and takes advantage of this information in a second model. The second procedure is a direct modification of the existing algorithm, with the objective of avoiding pad overlappings. We present computational experiments studying the effectiveness of the proposed algorithms.
Fil: Russo, Christian Sebastián. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.