油田污水管道水力計(jì)算修正研究

趙洪洋 魏立新 劉書孟

摘 ? ? ?要： 油田污水管道水力計(jì)算由于輸送介質(zhì)復(fù)雜，采用傳統(tǒng)的管道水力計(jì)算方法得出的結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際測量結(jié)果相差較大，無法滿足工程實(shí)際需求。在原有水力計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，利用最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用最小二乘多項(xiàng)式修正和經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)修正兩種方法，分別對油田不同類型的污水管道水力計(jì)算公式進(jìn)行修正。修正結(jié)果表明，通過修正后的公式計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況平均相對誤差為4.7%，計(jì)算偏差較小，能夠滿足工程計(jì)算要求，可以為油田污水系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)提供理論和數(shù)據(jù)支持。

關(guān) ?鍵 ?詞：污水系統(tǒng);水力修正;最小二乘;MATLAB

中圖分類號：TU991.32 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）02-0441-05

Abstract： ?Due to the complicated transportation medium in the hydraulic calculation of oilfield sewage pipes， the results calculated by the traditional pipe hydraulic calculation method are quite different from the actual results measured on site， which cannot meet the actual needs of the engineering. Based on the original hydraulic calculation formula， by using the optimal mathematical model and the least-squares polynomial correction and the empirical formula coefficient correction， the hydraulic calculation formula of different types of sewage pipes in the oilfield were corrected. The correction results showed that the average relative error between the calculated result of the corrected formula and the actual production situation on site was 4.7%， the calculation deviation was small， meeting the calculation requirements of the engineering. The paper can provide theoretical and data support for the actual production of the oilfield sewage system.

Key words： ?sewage system; ?hydraulic correction; ?least squares; ?MATLAB

近年來，隨著油田生產(chǎn)由水驅(qū)系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)為聚驅(qū)系統(tǒng)和三元驅(qū)系統(tǒng)，油田污水產(chǎn)量大幅度增加，采出液“見聚”現(xiàn)象十分突出[1-3]。因此，油田污水系統(tǒng)在油田生產(chǎn)中所起的作用越來越明顯。油田污水系統(tǒng)主要是針對油田生產(chǎn)污水進(jìn)行收集和處理，為油田注水及污水排放做準(zhǔn)備。但目前由于油田生產(chǎn)污水水質(zhì)成分復(fù)雜，而油田生產(chǎn)系統(tǒng)管網(wǎng)連通性越來越好，造成污水系統(tǒng)運(yùn)行工況復(fù)雜。目前緊靠工人生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)調(diào)控污水系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)方案不合理，能耗較高等情況。而面對清水資源的寶貴及污水積存壓力與外排污染的多重挑戰(zhàn)，高效處理并充分利用油田污水資源對于提高總體開發(fā)效益，實(shí)現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4-8]。因此，提高油田污水系統(tǒng)運(yùn)行水平成為油田實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中的一項(xiàng)重要任務(wù)。

為實(shí)現(xiàn)油田污水系統(tǒng)的節(jié)能生產(chǎn)運(yùn)行，大慶油田某采油廠開展油田污水系統(tǒng)的水力仿真模擬以幫助管理人員對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測、模擬運(yùn)行，為油田生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)[9-11]。目前，國內(nèi)外對油田地面工程建設(shè)及運(yùn)行的水力仿真研究主要集中在注水系統(tǒng)和集輸系統(tǒng)等方面，無法滿足油田污水系統(tǒng)的水力仿真模擬。本文針對油田污水系統(tǒng)水力仿真計(jì)算，對油田污水系統(tǒng)水力計(jì)算進(jìn)行分析、建模及求解。

1 ?污水管網(wǎng)類型及水質(zhì)分析

1.1 ?污水管網(wǎng)類型

油田污水系統(tǒng)由管道單元和節(jié)點(diǎn)單元兩種類型組成。其正常工作時(shí)，脫水站分離出的污水通過污水原水管網(wǎng)進(jìn)入污水處理站，經(jīng)污水站處理后輸送至注水站。根據(jù)處理水質(zhì)類型不同可將污水處理站分為水驅(qū)污水處理站、含聚污水處理站和深度污水處理站三種。根據(jù)下游節(jié)點(diǎn)類型不同可將污水管網(wǎng)分為污水原水管網(wǎng)、普通污水濾后水管網(wǎng)和深度污水濾后水管網(wǎng)，具體污水系統(tǒng)流程圖見圖1。

1.2 ?污水管網(wǎng)水質(zhì)分析

油田污水管網(wǎng)與注水管網(wǎng)的主要區(qū)別在于輸送水質(zhì)不同。根據(jù)不同的處理方式可將污水分為含聚污水濾后水，深度含油污水濾后水、一般含有污水原水和一般含油污水濾后水，根據(jù)現(xiàn)場的取樣測試結(jié)果，不同水質(zhì)不同溫度下的黏度見表1。

2 ?污水管道水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型

針對油田污水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水質(zhì)差別大且管網(wǎng)內(nèi)連通性較好的特點(diǎn)，建立起水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型。根據(jù)《油田地面工程設(shè)計(jì)》中規(guī)定，污水管道水力計(jì)算可采用魏斯巴赫-達(dá)西公式計(jì)算，結(jié)合污水系統(tǒng)管道單元示意圖（圖2）。

3.4 ?計(jì)算實(shí)例

分別對不同類型管道的水力計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行最小二乘擬合修正，通過比較不同修正次數(shù)的修正結(jié)果，以確保修正結(jié)果符合工程要求計(jì)算最小誤差為前提，選取最低次數(shù)的多項(xiàng)式。以深度含油污水濾后水管道為例，通過對其進(jìn)行不同次數(shù)的多項(xiàng)式擬合，得出最小二乘多項(xiàng)式擬合曲線（圖3）以及不同次數(shù)多項(xiàng)式修正結(jié)果（表4）。

根據(jù)擬合圖像以及擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)多項(xiàng)式次數(shù)高于三次時(shí)，多項(xiàng)式修正結(jié)果相差不大且符合工程計(jì)算誤差要求，因此選用三次多項(xiàng)式作為最小二乘修正公式。同理，對其他四種管道分別進(jìn)行多項(xiàng)式修正分析，得出相應(yīng)的計(jì)算公式（表5）。

根據(jù)對比結(jié)果可得，相對于兩種修正方法，含聚污水濾后水管道系數(shù)修正法修正后計(jì)算誤差更小，而其他四種管道的三次多項(xiàng)式修正后計(jì)算誤差較小。通過修正后的污水管道水力計(jì)算結(jié)果與原計(jì)算結(jié)果相比，計(jì)算誤差更小，更適用于現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用（表8）。

4 ?結(jié) 論

（1）通過對五種不同類型管道水力計(jì)算的最小二乘法擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三次多項(xiàng)式擬合結(jié)果與更高次多項(xiàng)式擬合結(jié)果相差不大，且所需計(jì)算步長更小，更符合工程計(jì)算需要。

（2）根據(jù)計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)際測量結(jié)果比較，可以發(fā)現(xiàn)：計(jì)算結(jié)果均遠(yuǎn)低于實(shí)際現(xiàn)場測試結(jié)果。可能存在原因包括：管道內(nèi)壁腐蝕情況較為嚴(yán)重;油田生產(chǎn)污水含有雜質(zhì)較多，影響計(jì)算結(jié)果。

（3）相比較于兩種修正方式，最小二乘法修正結(jié)果整體優(yōu)于系數(shù)修正法。針對不同類型管道比較可見，系數(shù)修正法的修正結(jié)果在具有相似的確定系數(shù)的同時(shí)，和方差更小。因此，在兩種修正方法修正后的計(jì)算結(jié)果相近時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用系數(shù)修正法。

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