能耗分析評價模型在油田注水系統中的應用

陽甫軍　彭皓

摘要：陸上油田開發中，注水系統耗能嚴重，所以優化系統參數，提高系統效率，節約開采成本成為我國油田開采的重點。基于此，本文首先構建分析評價模型，對多維數據進行有效分析與預測，總結當前系統運行現狀，篩選出最佳優化方案，并以此作參考，對注水系統各項指標參數進行修正，以此降低注水能耗，提升油田開采效益。

[關鍵詞]評價模型注水系統模糊層次分析法

近年來，隨著我國石油行業飛速發展，中游油氣儲運以及下游加工產業鏈逐步完善，然上游開采技術距國外仍有一定差距。單從注水系統運行的效率來看，國外平均為65%，國內平均僅有47.8%。但未經模擬，貿然修正參數風險巨大，而分析評價模型，便是以模糊層次分析法為核心，利用注水系統仿真運行技術及灰色關聯分析等方法進行構建，用以明確系統運行現狀，總結能耗分布規律，指導進行精細化管理，降低系統調節風險，為操作人員提供數據支持，從而提高注水系統效率。

1注水系統與油田開發

油田進行開采時，可以利用地層的能量自噴，將油、氣從地底擠壓至地面，但隨著開采時間的增長，地層本身的能量被不斷消耗、壓力下降，油氣將不能充分地從油井中噴發出來，導致無法采集地下殘油，油田產量大幅減少。為了保證良好的采收率，需要對油層認為施加壓力，來維持油田的整體壓力，為之后的油田繼續開采提供良好的基礎。

該項技術是陸上油田開發中的主要組成成分，對我國絕大部分的油田起著至關重要的作用。同時，注水耗電一般可以達到整個油田總耗電的三分之一到一半，是一種巨大的損失。

綜上，提升注水系統運行效率，可有效提升油田開采效果及壽命，并降低開采成本，使油田開采效益最大化。

2模型建立關鍵技術

2.1模糊層次分析法

層次分析法是模糊層次分析法（FAHP）的基礎。其從問題的本質和目標出發，通過構建準則層、方案層、目標層三層來衡量因素之間的相互關聯程度。但傳統的層次分析法也存在著一定的不足判斷矩陣具有一定的主觀成分，矩陣的一致性檢驗缺乏一定的可行性等。

模糊層次分析法在層次分析法的基礎上引入模糊一致矩陣的概念，對模糊矩陣求解特征向量，得到層與層之間的元素優先權重，并以此加權求和得到最終權重，即最優方案。模糊層次分析法解決了矩陣易受到人的主觀性干擾的問題，具有更好的實用性。

本模型采用FAHP法，將會更加直觀地確定注水系統當前運行狀況，找出制約注水系統運行效率的關鍵點，為選擇最優方案提供較為科學的評判依據。

2.2注水系統仿真運行優化技術

該項技術主要是從大系統理論、網絡理論、優化理論角度出發，構建注水系統仿真優化數學模型，嚴格按照注水系統配注要求，得出系統開泵方案與運行參數。并采用中心注水站集中控制、各站微機巡控方式做好相關的調節工作，以確保注水系統時刻處于高效節能狀態下運行。利用注水站現場微機將數據進行一番處理以轉換為精準信號，傳達到中央控制室中，采用系統優化軟件加強分析與處理，確立合理的優化運行參數，然后利用無線傳輸把各泵中狀態最佳的運行控制信號重新返送到所有注水站中。

本模型采用該技術，用以分析注水系統運行過程中，注水泵的工作狀態，單次注水量、注水半徑、系統能耗等情況。

2.3灰色關聯分析法

灰色關聯分析法是用來衡量因素之間關聯程度的一種方法。其的具體步驟如下：

（1）確定關聯對象和其對應評價標準。

（2）確定各指標對應的權重大小。

（3）依據權重計算灰色關聯系數。

（4）計算灰色加權關聯度

（5）得到最終評價并進行分析。

在石油與天然氣資源勘探過程中，灰色關聯分析法應用廣泛，通常將注采系統看成一個完整的灰色系統，而工程師則依據系統中各類因素之間的關聯程度對其進行量化分析與表達，最終找出注采系統中的普遍演變規律，為系統的可持續開采、預測以及控制做出理論支撐。

3模型建立流程

從油田各項實際運行系統中獲取真實數據，如注水生產作業、單井、注水單耗等工況數據及土壤酸性程度，地層狀況等環境影響因素。初次采集工程量可能會比較龐大，之后只需對一些變化的參數進行修改即可。

由PCA（PrincipalComponentAnalysis）方法獲得注水單耗與影響因素之間的關系，如注水單耗與井型之間的關系、分析對注水管線腐蝕的影響因素等。再利用灰色關聯分析法從注水單耗的影響因素中提取主成分，獲得主要影響因素及其權值，確定影響效率的關鍵因素。

利用仿真運行技術分析明確當前注水系統運行情況，將獲得的大量多維、多源數據，交由多種數據挖掘算法進行處理，先建立挖掘模型，對數據進行有效分析與預測。

最后由模糊層次分析法對結果進行統籌，選取最佳的優化解決方案并通過深度學習，預測作業措施的效果，優化參數，如預測調剖效果、優化機組參數等。

建立分析評價模型，并向用戶展示優化解決方案，未來運行趨勢預測，當前系統所存在問題及最佳優化方案等。

4結論

綜上所述，為了提升注水系統運行效率，安全高效地實施優化方案，本文介紹了油田注水系統分析評價模型的建立過程及用途，主要利用模糊層次分析、灰色關聯分析、仿真運行優化等方法建立評價模型，指導人員進行精細化管理，采用最佳優化方案提升注水系統運行效率，從而達到提升油田開采效益的最終目的。

參考文獻

[1]郭笑瑜.計算機軟件的開發技術和應用[J/OL].電子技術與軟件程，2019（02）：51-52.

[2]雷田田，梁永圖，王寧，馬寧，朱曉南。數字化油田注水系統綜合評價模型[J].油氣田地面工程，2018，37（03）：6-9.

[3]葉劍川，基于灰色關聯分析法的注水效果影響因素分析[J].中國石油和化工標準與質量，2013，33（14）：151.

[4]王鵬，佟艷偉，檀朝鑾，國內外注水系統效率研究應用情況綜述[J].中國石油和化工，2008（06）.

[5]李鑫，裴宗賢，孫煬，管桐，谷雨.注水井遠程SCADA調控系統[J].油氣田地面工程，2017，36（11）：80-82.

[6]徐小力，郭瑩，胡海。油田注水機組節能優化的指標及數學模型[J].石油礦場機械，2002（05）：4-6.