Optimization of Steam Injection for Heavy Oil Reservoirs Using Reinforcement Learning
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Steam injection rate through life cycle optimization (e.g., the constant rate for a long period of time) could lead to the sub-optimal performance of a thermal heavy oil recovery process. On the other hand, finding the optimal steam injection strategy (policy) represents a major challenge due to the complex dynamic of the physical phenomenon, i.e., nonlinear, slow, high order, time-varying, and potentially highly heterogeneous reservoirs. To address this challenge, the problem can be formulated as an optimal control problem that has typically been solved using adjoint state optimization and a model-predictive control (MPC) strategy. In contrast, this work presents a reinforcement learning (RL) approach in which the mathematical model of the dynamic process (SAGD) is assumed unknown. An agent is trained to find the optimal policy only through continuous interactions with the environment (e.g., numerical reservoir simulation model). At each time step, the agent executes an action (e.g., increase steam injection rate), receives a reward (e.g., net present value) and observes the new state (e.g., pressure distribution) of the environment. During this interaction, an action-value function is approximated; this function will offer for a given state of the environment the action that will maximize total future reward. This process continues for multiple simulations (episodes) of the dynamic process until convergence is achieved. In this implementation, the state-action-reward-state-action (SARSA) online policy learning algorithm is employed in which the action-value function is continually estimated after every time step and further used to choose the optimal action. The environment consists of a reservoir simulation model built using data from a reservoir located in northern Alberta. The model consists of one well pair (one injector and one producer) and production horizon of 250 days (one episode) is considered. The state of the environment is defined as cumulative, oil and water production, and water injection and for each time step; three possible actions are considered, i.e., increase, decrease or no change of current steam injection rate; and the reward represents the net present value (NPV). Additionally, stochastic gradient descent is used to approximate the action-value function. Results show that the optimal steam injection policy obtained using RL implementation improves NPV by at least 30% with more than 60% lower computation cost.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».