CN110821456B - 计算油田注水系统合理能耗的简化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计算油田注水系统合理能耗的简化方法，该计算油田注水系统合理能耗的简化方法包括：步骤1，确定注水井合理井口压力；步骤2，确定注水系统阀组损失压力；步骤3，确定注水管网压力损失与供水距离的关系；步骤4，计算泵站出口有用功率；步骤5，计算泵站合理系统效率；步骤6，计算注水系统合理能耗。该计算油田注水系统合理能耗的简化方法可以对注水系统能耗的合理性进行评价，又可以快速准确地分解节能降耗指标。因此，可以更好的促进油田的高效、低耗运行，并实现科学合理的运行管理。

Description

计算油田注水系统合理能耗的简化方法

技术领域

本发明涉及油田能源优化管控领域，特别是涉及到一种计算油田注水系统合理能耗的简化方法。

背景技术

注水是油田开发过程中补充地层能量、提高采收率的重要方式。从油田耗能环节看，注水系统是耗能大户。据统计，胜利油田2018年油田年注水量为24805×10⁴m³，年耗电量为182228.68×10⁴KW.h，占油田全年用电量的35.7％。注水系统的能耗分为有用能耗和无用能耗。有用能耗是系统补充地层能量所必需的能耗；无用能耗是在补充地层能量的有用能耗转化过程中消耗在各个环节的能量。如何减少无用能耗，节约成本、增加油田经济效益，是油田管理部门对能源优化管控的重要目标。

以往油田能源管控部门给各单位分解节能降耗指标主要靠历史水平法。这种方法不仅对历史能耗的合理性缺少判断，而且精确度低，不利于促进油田环保节能工作。研究人员虽然对能耗计算做了很多研究，但这些方法大部分涉及到每口井的井口压力，涉及到每条管线的长度、内外径等系列参数，涉及到监测泵站每台设备的运行状况等，最后按单井求和计算得到某注水系统的能耗。这些方法对于准确计算某注水站的实际能耗、优化注水系统工艺设备等具有较好的指导作用，但涉及参数太多、计算过程复杂、工作量大，不适应管理部门对能耗指标的宏观调控。注水系统能耗是为油田开发服务的，有用能耗是为补充地层能量服务的。地层能量是不同油藏类型的客观反映，也是注水量与注入压力等开发指标的决定性因素。因此需要建立一种与类型油藏、注水量等开发指标相关的合理能耗计算方法，既能够快速准确的反映能耗状况，又为能耗指标分解和管理水平的考核提供依据。为此我们发明了一种新的计算油田注水系统合理能耗的简化方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种更适合管理部门合理分解节能降耗指标的方法，从而更加高效的服务于油田生产运行的计算油田注水系统合理能耗的简化方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：计算油田注水系统合理能耗的简化方法，该计算油田注水系统合理能耗的简化方法包括：步骤1，确定注水井合理井口压力；步骤2，确定注水系统阀组损失压力；步骤3，确定注水管网压力损失与供水距离的关系；步骤4，计算泵站出口有用功率；步骤5，计算泵站合理系统效率；步骤6，计算注水系统合理能耗。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，根据某类油藏典型注水井的吸水指数曲线规律，建立不同类型油藏日注水量与油压的关系；在油藏动态管理人员明确所需注水量的情况下，确定某一油藏类型水井在一定日注水量下对应的井口油压P₁。

在步骤2中，根据矿场测试样本点统计分析，建立不同类型油藏阀损与干压的关系，并回归关系式，计算某已知干压对应的阀组压损。

在步骤2中，

整装油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.1408P₀+0.4823；

断块油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.1718P₀+0.7141；

低渗透油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.3209P₀-0.8387。

式中，P₂—阀组压力损失，MPa；

P₀—注水干压，MPa。

在步骤3中，根据现场测试样本点的管网压损与供水距离的关系，建立沿程压损计算精简模型。

在步骤3中，建立的沿程压损计算精简模型为：

P₃＝0.3763K+0.0883

式中：P₃—干线损失压力，MPa；

K—供水距离，Km；

根据模型，在已知注水管网长度情况下，计算注水管网压力损失值。

在步骤4中，功率为压力和流量的乘积，即：

W＝P×Q

P＝P₁+P₂+P₃

式中：W—泵站出口有用功率，Kw；

P—泵站出口压力，MPa；

P1—井口油压，MPa；

P₂—阀组压力损失，MPa；

P₃—干线损失压力，MPa；

Q—泵站排量，m³。

在步骤5中，将泵站看作一个黑箱，给定压力、排量条件，根据泵效-排量曲线，计算泵轴功率，再根据泵轴功率计算泵组系统效率，建立系统效率计算数学模型。

在步骤5中，建立系统效率计算数学模型包括如下过程：

(1)优化变量，即对不同排量的泵进行优化组合；

(2)设定约束条件，

流量：

压力：P_outi≥P₀,i＝1,2,...,n

开机数量：n≤N

式中，Q_i—泵站每台泵的排量，m³/h；

Q_配注—泵站配注流量，m³/h；

P_outi—泵站出口压力，MPa；

P₀—注水井井口最大压力，MPa；

n—泵站开机数；

N—泵站内泵的总台数；

(3)根据泵效-排量曲线，计算泵轴功率；

(4)根据优化后的最小泵轴功率计算泵组系统效率。

在步骤(4)中，模型的目标函数为泵机组系统效率最高，采用优化算法对各泵排量进行优化，同时满足约束条件；求解过程采用PSO粒子群算法、GA遗传算法、穷举法、Fmincon梯度算法，并对不同随机优化算法性能进行对比，相互验证，最终得到合理系统效率。

在步骤6中，泵站出口有用功率与泵站合理系统效率之比即为泵站出口总功率，总功率与时间的乘积即为注水系统在该时间段的总能耗。

本发明中的计算油田注水系统合理能耗的简化方法，依据注水量确定合理井口压力，再根据矿场回归的干压与阀损的关系、管网压损与供水距离的关系，计算得到泵站出口有用功率，克服了传统方法计算各个环节能耗的复杂过程。同时通过建立泵站系统效率计算模型得到优化后的合理系统效率，最终得到系统的合理能耗。对油田能源管控部门来说，该方法既可以对注水系统能耗的合理性进行评价，又可以快速准确地分解节能降耗指标。因此，可以更好的促进油田的高效、低耗运行，并实现科学合理的运行管理。

附图说明

图1为本发明的计算油田注水系统合理能耗的简化方法的一具体实施例的流程图；

图2为本发明的一具体实施例中某整装油藏注水量与压力关系曲线；

图3为本发明的不同类型油藏注水阀组损失压力与干压的关系图；

图4为本发明的沿程干线损失压力与供水距离的关系图；

图5为本发明的泵站合理系统效率计算流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。

本发明的计算油田注水系统合理能耗的简化方法包括了以下步骤：

步骤1,确定注水井合理井口压力。根据某类油藏典型注水井的吸水指数曲线规律，建立不同类型油藏日注水量与油压的关系。在油藏动态管理人员明确所需注水量的情况下，可以确定某一油藏类型水井在一定日注水量下对应的井口油压P₁。

步骤2，确定注水系统阀组损失压力。不同类型油藏的井口压力不同，决定了注水压力不同。根据矿场测试样本点统计分析，建立不同类型油藏阀损与干压的关系，并回归关系式，可以计算某已知干压对应的阀组压损。

其中：整装油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.1408P₀+0.4823；

断块油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.1718P₀+0.7141；

低渗透油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.3209P₀-0.8387。

式中，P₂—阀组压力损失，MPa；

P₀—注水干压，MPa。

步骤3，确定注水管网压力损失与供水距离的关系。根据现场测试样本点的管网压损与供水距离的关系，建立沿程压损计算精简模型：

P₃＝0.3763K+0.0883

式中：P₃—干线损失压力，MPa；

K—供水距离，Km。

根据模型，在已知注水管网长度情况下，可以准确、快速计算注水管网压力损失值。

步骤4，计算泵站出口有用功率。功率为压力和流量的乘积，即：

W＝P×Q

P＝P₁+P₂+P₃

式中：W—泵站出口有用功率，Kw；

P—泵站出口压力，MPa；

Q—泵站排量，m³。

步骤5，计算泵站合理系统效率。将泵站看作一个黑箱，给定压力、排量条件，根据泵效-排量曲线，计算泵轴功率，再根据泵轴功率计算泵组系统效率，建立系统效率计算数学模型。如图5所示，包括如下过程：

(5)优化变量，即优化不同排量泵的组合；

(6)设定约束条件，

流量：

压力：P_outi≥P₀,i＝1,2,...,n

开机数量：n≤N

式中，Q_i—泵站每台泵的排量，m³/h；

Q_配注—泵站配注流量，m³/h；

P_outi—泵站出口压力，MPa；

P₀—注水井井口最大压力，MPa；

n—泵站开机数；

N—泵站内泵的总台数。

(7)根据泵效-排量曲线，计算泵轴功率；

(8)根据优化后的最小泵轴功率计算泵组系统效率。

模型的目标函数为泵机组系统效率最高，采用优化算法对各泵排量进行优化，同时满足约束条件。求解过程采用PSO粒子群算法、GA遗传算法、穷举法、Fmincon梯度算法等，并对不同随机优化算法性能进行对比，相互验证，最终得到合理系统效率。

步骤6，计算注水系统合理能耗。泵站出口有用功率与泵站合理系统效率之比即为泵站出口总功率，总功率与时间的乘积即为注水系统在该时间段的总能耗。

如图1所示，图1为本发明的油田注水系统合理能耗简化计算方法的流程图。

以胜利油田某采油厂整装油藏的注水系统为例，采用该方法试算其合理能耗。

在步骤101中，水井的注入压力与注水量成正比，如图2。根据吸水指数曲线，可以计算一定流量下对应的注入压力。通过计算，该水井注入量在1000m³/h时的注入压力为12MPa。

在步骤103中，不同油藏类型注水阀组损失压力与干压的关系不同，并根据矿场测试数据回归关系式，如图3。该整装油藏注水泵站配水间来水压力为15.8MPa，根据整装油藏阀损压力与干压的关系计算该泵站的阀组损失压力为2.71MPa。

在步骤105中，根据矿场测试数据，建立沿程干线损失压力计算精简模型，如图4。该泵站管线长度3Km，根据模型可以计算该泵站的沿程干线损失压力为1.22MPa。

在步骤107中，根据前三个步骤的计算结果，可以计算该泵站的出站压力为注入压力与阀损压力和干线损失压力之和，即为15.93MPa。已知该站总排量为1000m³/h。根据功率计算公式N＝PQ，计算得到该站的有用功率为4425KW。

在步骤109中，建立泵站合理系统效率计算模型，如图5。该注水站有四台泵，泵型号为DF260-185、DF280-160A、DF300-150A、DF400-160，总排量为1000m³/h，管线长度3000m，管线内径0.2m，摩阻系数0.01722，局部损失系数0.2。在计算模型中输入以上参数，优化计算得到泵站的合理系统效率为63.74％。

在步骤111中，根据该泵站的有用功率和合理系统效率，计算得到该整装油藏注水系统一年的合理能耗为387.63×10⁴KWh。

Claims (6)

1.计算油田注水系统合理能耗的简化方法，其特征在于，该计算油田注水系统合理能耗的简化方法包括：

步骤1，确定注水井合理井口压力；

步骤2，确定注水系统阀组损失压力；

步骤3，确定注水管网压力损失与供水距离的关系；

步骤4，计算泵站出口有用功率；

步骤5，计算泵站合理系统效率；

步骤6，计算注水系统合理能耗；

在步骤4中，功率为压力和流量的乘积，即：

W＝P×Q

P＝P₁+P₂+P₃

式中：W—泵站出口有用功率，Kw；

P—泵站出口压力，MPa；

P₁—井口油压，MPa；

P₂—阀组压力损失，MPa；

P₃—干线损失压力，MPa；

Q—泵站排量，m³；

在步骤5中，将泵站看作一个黑箱，给定压力、排量条件，根据泵效-排量曲线，计算泵轴功率，再根据泵轴功率计算泵组系统效率，建立系统效率计算数学模型，包括如下过程：

(1)优化变量，即对不同排量的泵进行优化组合；

(2)设定约束条件，

流量：

压力：P_outi≥P₀,i＝1,2,...,n

开机数量：n≤N

式中，Q_i—泵站每台泵的排量，m³/h；

Q_配注—泵站配注流量，m³/h；

P_outi—泵站出口压力，MPa；

P₀—注水井井口最大压力，MPa；

n—泵站开机数；

N—泵站内泵的总台数；

(3)根据泵效-排量曲线，计算泵轴功率；

(4)根据优化后的最小泵轴功率计算泵组系统效率；模型的目标函数为泵机组系统效率最高，采用优化算法对各泵排量进行优化，同时满足约束条件；求解过程采用PSO粒子群算法、GA遗传算法、穷举法、Fmincon梯度算法，并对不同随机优化算法性能进行对比，相互验证，最终得到合理系统效率；

在步骤6中，泵站出口有用功率与泵站合理系统效率之比即为泵站出口总功率，总功率与时间的乘积即为注水系统在该时间段的合理能耗。

2.根据权利要求1所述的计算油田注水系统合理能耗的简化方法，其特征在于，在步骤1中，根据某类油藏典型注水井的吸水指数曲线规律，建立不同类型油藏日注水量与油压的关系；在油藏动态管理人员明确所需注水量的情况下，确定某一油藏类型水井在一定日注水量下对应的井口油压P₁。

3.根据权利要求1所述的计算油田注水系统合理能耗的简化方法，其特征在于，在步骤2中，根据矿场测试样本点统计分析，建立不同类型油藏阀损与干压的关系，并回归关系式，计算某已知干压对应的阀组压损。

4.根据权利要求3所述的计算油田注水系统合理能耗的简化方法，其特征在于，在步骤2中，

整装油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.1408P₀+0.4823；

断块油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.1718P₀+0.7141；

低渗透油藏阀损与干压的关系式：P₂＝0.3209P₀-0.8387；

式中，P₂—阀组压力损失，MPa；

P₀—注水干压，MPa。

5.根据权利要求1所述的计算油田注水系统合理能耗的简化方法，其特征在于，在步骤3中，根据现场测试样本点的管网压损与供水距离的关系，建立沿程压损计算精简模型。

6.根据权利要求5所述的计算油田注水系统合理能耗的简化方法，其特征在于，在步骤3中，建立的沿程压损计算精简模型为：

P₃＝0.3763K+0.0883

式中：P₃—干线损失压力，MPa；

K—供水距离，Km；

根据模型，在已知注水管网长度情况下，计算注水管网压力损失值。

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