基于參數檢測的地面智能注水模型方法研究

李鵬偉

（西安石油大學石油工程學院，陜西 西安 710065)

目前，我國大系統建模技術在油氣田開發領域的應用主要集中在地面注水系統優化以及地面、地下一體化優化方面。這方面的進展，有注水井局部提壓法、能耗節能法，這些方法基本圍繞地面注水系統、注水運行方案、注水管網三者結合最終建立對地面注水優化的結構模型。目前油田這些方法以地面注水大系統構建、非線性規劃作為研究方向[1-2]。本文針對整個地面注水大系統，給出動態分析及優化方法，建立模型系統進行某注水站的計算，為注水開發提供一種參考。

1 油田注水系統

注水站可以實現在較短時間內達到計量注水量，注水分配等任務。對于地面注水系統的配水間是對上述的注水站來水進行流量分配、對注水管網分配注水等作用。對于調整注水過程進行的封堵、增注等注水方式，可在一定程度上有效對來自于注水泵站的出口壓力進行調整，對注水泵站出口壓力的調整可以降低注水作業的成本投入。該地面注水系統本文劃分若干為相應的子系統，劃分依據基于井網、管網，離心泵工藝流程，由注水泵、注水管網構成注水大系統。

本文結合上述的離心泵工作流程及整體注水系統優化，將大系統當中的某一分配合格的子系統進行分析計算，然后進行整體系統綜合分析是否合理，假如大系統中的某一級別的關聯性保證是最優的，那么可以得到剩下的子系統可以保證是最優的。然后在充分結合泵站數據以及地面系統數據控制平臺、水井配注數據建立合理的系統運行數學模型，根據系統壓力分布對系統進行劃分,建立合適的注水系統優化方法[3-4]。相關注水系統優化計算流程見圖1。

圖1 注水系統優化計算流程圖

2 子系統系統建模與計算

首先通過遺傳模擬退火算法確定注水泵的開停方案；然后在注水泵開停方案給定的基礎上確定其最優運行參數.‘1’表示相應的泵開啟，‘0’表示關閉；如2 號泵組組合[1 1 0 1] 表示1、2＃ 泵開啟，3＃ 泵關閉，4＃ 泵開啟，以此類推；因此能夠將各種可能的注水泵開停方案能夠被有效地搜索以找到全局最優或近全局最優解。其中Fsi,k,a 表示用0-1 判斷第i 個注水站的運行狀態是否處于第k 個啟泵方案，第a 個流量區間上。

式中，k 為第k 個啟泵方案，無量綱；a 為第a個流量區間，無量綱；M 為懲罰數，無量綱；K為啟泵方案集合；A 為流量區間集合；Qsmina為注水站節點在第a 個流量區間的下限，m3/s；Qsmaxa為注水站節點在第a 個流量區間的上限，m3/s；Fsi,k,a為0-1 變量，無量綱；Fsi,k為0-1 變量，無量綱；Qsi為第i 個注水站節點的流量，m3/s。

在滿足一定計算要求的前提下，將管段流量與流量區間相匹配。同時考慮經濟流速的影響，設置管段流量的上下限值。根據模型的初始管段流向和計算結果，判斷管段流向是否與初設流向相同，如果相同，Fsj為1，否則Flj為1。

式中，Qgmaxj為第j 條管段流量的上限值，m3/s；Qgminj為第j 條管段流量的下限值，m3/s；Fsj為0-1 變量，無量綱；Flj為0-1 變量，無量綱，為第i 口井的井底高程，m；Zai為配水間高程。

3 注水系統計算方法

由圖2 易知泵壓PSL6，NSL6為開泵臺數，Q301LQ201L為求解的變量，配水間2、4 的流量及壓力分別為：QAL2QAL4PAL2PAL4。

下面用大系統分解迭代算法來解決這個問題。1） 依據合理分解分級原理，將地面注水系統劃分為相應的子系統，然后進行分析是否合理有效。2） 按照劃分的子系統之間的聯系，把子系統排列成一定的次序，然后按照排列的次序進行計算。3） 給各相應的變量賦個初值，設初值為Qi′（0）。4） 將初始值帶入子系統，尋找一種適當的解法，依照給定的順序計算出各子系統對應的的輸出變量Qi（k）。5） 對藕合變量逐一進行迭代運算，迭代的方程式為Qi′（0） =Qi（k）。6）檢查是否對任意I ，都有其中ε 是為小數，由給定的精度來確定。若否，從新跳到第4) 步。7) 計算完畢，程序結束。

圖2 注水系統的一個子系統示意圖

在上述理論基礎之上，可以指定開泵的臺數或者某個配水間的流量，或者再加一個條件：配注量與實注量之差的平方之和最小。加上上面給出的條件，就可以有唯一解。

4 結論

本文充分應用最優化理論，大系統關聯理論說明了整個注水系統的優化等價于各個子系統的優化，把地面注水系統中每個小系統求解，接著進行迭代，進行第二次計算。利用第一次計算的結果，根據上面方法進行再次計算。如果計算結果與要求的計算精度一樣，將不再計算。通過計算我們可以確定適當的配注壓力和流量，最終提高配注精度從而提高整個注水系統的效率。