Optimisation de placement des puits

par Zyed Bouzarkouna

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Marc Schoenauer et de Anne Auger.

Le président du jury était Jan Dirk Jansen.

Le jury était composé de Marc Schoenauer, Anne Auger, Jan Dirk Jansen, Christian Igel, Pierre Thore, Didier Yu Ding.

Les rapporteurs étaient Christian Igel, Pierre Thore.


  • Résumé

    La quantité d’hydrocarbures récupérés peut être considérablement augmentée si un placement optimal des puits non conventionnels à forer, peut être trouvé. Pour cela, l’utilisation d’algorithmes d’optimisation, où la fonction objectif est évaluée en utilisant un simulateur de réservoir, est nécessaire. Par ailleurs, pour des réservoirs avec une géologie complexe avec des hétérogénéités élevées, le problème d’optimisation nécessite des algorithmes capables de faire face à la non-régularité de la fonction objectif. L’objectif de cette thèse est de développer une méthodologie efficace pour déterminer l’emplacement optimal des puits et leurs trajectoires, qui offre la valeur liquidative maximale en utilisant un nombre techniquement abordable de simulations de réservoir.Dans cette thèse, nous montrons une application réussie de l’algorithme “Covariance Matrix Adaptation - Evolution Strategy” (CMA-ES) qui est reconnu comme l’un des plus puissants optimiseurs sans-dérivés pour l’optimisation continue. Par ailleurs, afin de réduire le nombre de simulations de réservoir (évaluations de la fonction objectif), nous concevons deux nouveaux algorithmes. Premièrement, nous proposons une nouvelle variante de la méthode CMA-ES avec des méta-modèles, appelé le nouveau-local-méta-modèle CMA-ES (nlmm-CMA), améliorant la variante déjà existante de la méthode local-méta-modèle CMA-ES (lmm-CMA) sur la plupart des fonctions de benchmark, en particulier pour des tailles de population plus grande que celle par défaut. Ensuite, nous proposons d’exploiter la séparabilité partielle de la fonction objectif durant le processus d’optimisation afin de définir un nouvel algorithme appelé la partiellement séparable local-méta-modèle CMAES (p-sep lmm-CMA), conduisant à une réduction importante en nombre d’évaluations par rapport à la méthode CMA-ES standard.Dans cette thèse, nous appliquons également les algorithmes développés (nlmm-CMA et p-sep lmm-CMA) sur le problème de placement des puits pour montrer, à travers plusieurs exemples, une réduction significative du nombre de simulations de réservoir nécessaire pour trouver la configuration optimale des puits. Les approches proposées sont révélées prometteuses en considérant un budget restreint de simulations de réservoir, qui est le contexte imposé dans la pratique.Enfin, nous proposons une nouvelle approche pour gérer l’incertitude géologique pour le problème d’optimisation de placement des puits. L’approche proposée utilise seulement une réalisation, ainsi que le voisinage de chaque configuration, afin d’estimer sa fonction objectif au lieu d’utiliser multiples réalisations. L’approche est illustrée sur un cas de réservoir de benchmark, et se révèle être en mesure de capturer l’incertitude géologique en utilisant un nombre réduit de simulations de réservoir.

  • Titre traduit

    Well placement optimization


  • Résumé

    The amount of hydrocarbon recovered can be considerably increased by finding optimal placement of non-conventional wells. For that purpose, the use of optimization algorithms, where the objective function is evaluated using a reservoir simulator, is needed. Furthermore, for complex reservoir geologies with high heterogeneities, the optimization problem requires algorithms able to cope with the non-regularity of the objective function. The goal of this thesis was to develop an efficient methodology for determining optimal well locations and trajectories, that offers the maximum asset value using a technically feasible number of reservoir simulations.In this thesis, we show a successful application of the Covariance Matrix Adaptation - Evolution Strategy (CMA-ES) which is recognized as one of the most powerful derivative-free optimizers for continuous optimization. Furthermore, in order to reduce the number of reservoir simulations (objective function evaluations), we design two new algorithms. First, we propose a new variant of CMA-ES with meta-models, called the newlocal-meta-model CMA-ES (nlmm-CMA), improving over the already existing variant of the local-meta-model CMA-ES (lmm-CMA) on most benchmark functions, in particular for population sizes larger than the default one. Then, we propose to exploit the partial separability of the objective function in the optimization process to define a new algorithm called the partially separable local-meta-model CMA-ES (p-sep lmm-CMA), leading to an important speedup compared to the standard CMA-ES.In this thesis, we apply also the developed algorithms (nlmm-CMA and p-sep lmm-CMA) on the well placement problem to show, through several examples, a significant reduction of the number of reservoir simulations needed to find optimal well configurations. The proposed approaches are shown to be promising when considering a restricted budget of reservoir simulations, which is the imposed context in practice.Finally, we propose a new approach to handle geological uncertainty for the well placement optimization problem. The proposed approach uses only one realization together with the neighborhood of each well configuration in order to estimate its objective function instead of using multiple realizations. The approach is illustrated on a synthetic benchmark reservoir case, and is shown to be able to capture the geological uncertainty using a reduced number of reservoir simulations.


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