CN112836358B - 大型油田注水管网最优运行模式的判别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，包括以下步骤：S1：对注水系统注水井井口压力进行统计，绘制注水井压力分布统计图，并计算注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd、系统能耗Ns；S2：根据注水井压力分布统计图确定注水井压力分布特征，并判断系统阀控压力损失PFs、系统能耗Ns和系统排量Q的数值大小：若注水井压力较为集中，根据注水井压力分布统计图计算注水系统注水井压力分布的集中概率p1、分布在泵出口压力附近的概率p2以及确定注水井压力集中范围；若注水井压力较为分散，则直接进入到步骤S3；S3：注水系统优化判定，有三类系统无需优化，其余系统需要优化；S4：注水系统优化模式判定：判定系统采用增压模式或分压模式优化的方法。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，具体注水系统最优运行模式改造的判断方法，为注水系统最优运行模式判别提供一条快捷有效合理的途径。
背景技术
目前，油田注水开发中注水管网通常采用的是传统的单管多井配水工艺模式运行，单管多井配水工艺是注水站通过单条注水干线输送至各个多井配水间，按油田开发单井注水配注方案的需求，分配计量后再进注水井。但由于注水系统需要满足其系统内所有注水井的配注要求(即配注水量和配注压力)，若注水系统内存在个别高压注水井或注水井压力分布区间较分散的情况，对于配注压力较低的注水井就需要通过调节配水站的出口阀门开度来满足需求，因此出口阀通常无法完全打开，常采用憋压运行，这样能源就浪费在阀门上，增大了能量损失。
因此，为了降低管网损失率及能耗损失，根据注水系统注水井压力分布的特点可以将注水系统优化改造为增压注水模式或分压注水模式，通过降低注水系统整体压力来降低注水系统的能耗损失，从而提高注水系统效率。多年来，对注水系统进行分压、增压模式改造主要依靠工作人员的经验来实现，但由于注水系统庞大、复杂，导致了人工分析难度大，无法保证所选择的传统注水模式、分压注水模式、增压注水模式方案的最优。因此，为了实现注水系统模式的最优化运行，在本发明中提出判别注水系统的注水模式的方法，并通过该方法为注水系统选择注水模式的最优方案，降低注水系统的能耗，为大型油田注水管网最优运行模式的判别提供一种方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种大型油田注水管网最优运行模式的合理、有效、便捷的判断方法，可以为注水系统注水模式优化提供更加合理的方法。通过对注水系统注水井压力的统计整理，绘制注水井压力分布统计图，确定注水井压力分布的特征，并计算注水井压力分布的集中概率p1、分布在泵出口压力附近的概率p2以及确定注水井压力集中范围，并结合阀控压力损失PFs、系统能耗Ns以及系统排量Q等因素，判别注水系统是否需要优化，若需要优化则进一步判别采用增压模式还是分压模式，最终给出注水系统运行模式的优化方案。
为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，包括以下步骤：
S1：对注水系统注水井井口压力进行统计，绘制注水井压力分布统计图，并计算注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd、系统能耗Ns；
S2：根据注水井压力分布统计图确定注水井压力分布特征，并判断系统阀控压力损失PFs、系统能耗Ns和系统排量Q的数值大小：若注水井压力为集中，根据注水井压力分布统计图计算注水系统注水井压力分布的集中概率p1、分布在泵出口压力附近的概率p2以及确定注水井压力集中范围；若注水井压力为分散，则直接进入到步骤S3；
S3：注水系统是否需要优化进行判定：
若注水系统70％以上的注水井压力分布在压力分布图泵出口压力的附近，同时阀控压力损失PFs小于3MPa，则当前注水系统工艺无需优化；
若注水系统已做过局部增压模式或分压注水模式的优化改造，同时阀控压力损失PFs小于3MPa，则当前注水系统工艺无需优化；
若注水系统为20m3/h以下的小排量系统，且系统能耗Ns小于200kW，则当前注水系统工艺无需优化；
其余系统需要优化；
S4：注水系统优化模式判定：
若注水系统70％以上注水井的压力集中分布在整个压力分布图区间的中部，20％以下的注水井压力分布在泵出口压力附近的系统，这类系统采用局部增压模式优化；
若注水井的压力在压力分布图区间内均匀分散，这类系统采用分压注水模式优化。
优选地，所述S4中，结果为增压注水模式，则对注水系统进行增压注水模式优化改造；若结果为分压注水模式，则对注水系统进行分压注水模式改造。
优选地，所述S2、S3、S4中的注水井压力分布的集中概率p1的计算方法为：
式中，n为注水系统中注水井的数量；m为集中分布在某一压力范围内的注水井数量。
优选地，所述S2、S4中的分布在泵出口压力附近的概率p2的计算方法为：
式中，n为注水系统中注水井的数量；w为集中分布在泵出口压力范围内的注水井数量。
本发明有益效果：
(1)注水系统注水模式的优化改造是油田注水系统节能降耗的有效途径；
(2)注水模式优化改造的关键点在于注水模式的选择，本发明建立了大型油田注水管网最优运行模式的判别方法和理论模板；
(3)本发明为大型油田注水管网最优运行模式的判别提供了一种合理、有效、便捷的方法，为注水系统注水模式优化提供更加合理的方案。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明实施例的大型油田注水管网最优运行模式的判别方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的某油田1#注水系统注水井压力分布统计图；
图3是本发明实施例的某油田2#注水系统注水井压力分布统计图；
图4是本发明实施例的某油田3#注水系统注水井压力分布统计图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示一种大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，包括以下步骤：
S1：对注水系统注水井井口压力进行统计，绘制注水井压力分布统计图，并计算注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd和系统能耗Ns；
S2：根据注水井压力分布统计图确定注水井压力分布特征，并判断系统阀控压力损失PFs、系统能耗Ns和系统排量Q的数值大小：若注水井压力较为集中，根据注水井压力分布统计图计算注水系统注水井压力分布的集中概率p1、分布在泵出口压力附近的概率p2以及确定注水井压力集中范围；若注水井压力较为分散，则直接进入到步骤S3；
S3：注水系统是否需要优化进行判定：
若注水系统70％以上的注水井压力分布在压力分布图泵出口压力的附近，同时阀控压力损失PFs小于3MPa，则当前注水系统工艺无需优化；
若注水系统已做过局部增压模式或分压注水模式的优化改造，同时阀控压力损失PFs小于3MPa，则当前注水系统工艺无需优化；
若注水系统为20m3/h以下的小排量系统，且系统能耗Ns小于200kW，则当前注水系统工艺无需优化；
其余系统需要优化；
S4：注水系统优化模式判定：
若注水系统70％以上注水井的压力集中分布在整个压力分布图区间的中部，20％以下的注水井压力分布在泵出口压力附近的系统，这类系统采用局部增压模式优化；
若注水井的压力在压力分布图区间内较均匀分散，这类系统采用分压注水模式优化。
具体实施示例1：
以某油田1#注水系统测试数据为例，1#注水系统的泵出口压力为PPout＝14.2MPa，泵出站压力为PSout＝13.8MPa，泵进口压力为PPin＝0.14MPa，配水间入口压力为PVin＝12.98MPa，井口压力为PG＝10.71MPa，总注水量为Q＝250m3/h，注水泵输入功率为Ne＝1368kW，增压泵输入功率Nz＝0kW。
(1)首先对注水系统注水井井口压力进行统计，绘制注水井压力分布统计图，并计算注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd和系统能耗Ns：
1#注水系统的注水井井口压力分布统计图如图2所示。
注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd和系统能耗Ns计算：
PFs＝PVin-PG＝(12.98-10.71)MPa＝1.27MPa；
Pd＝PSout-PVin＝(13.8-12.98)MPa＝0.82MPa；
经计算1#注水系统干线压力损失为Pd＝0.82MPa，阀控压力损失为PFs＝1.27MPa，注水系统能耗为Ns＝1377.72kW。
(2)根据注水井压力分布统计图确定注水井压力，并判断系统阀控压力损失PFs、系统能耗Ns和系统排量Q的数值大小：
由图2所示的1#注水系统注水井压力分布统计图以及步骤(1)的计算结果可知，1#注水系统注水井压力分布较为集中，且1#注水系统阀控压力损失PFs较小，系统能耗Ns和系统排量Q较大。
(3)若注水井压力较为集中，根据注水井压力分布统计图计算注水井压力的集中概率以及确定注水井压力集中范围；若注水井压力较为分散，则直接进入到步骤(4)：
由步骤(2)知，1#注水系统注水井压力较为集中，故根据注水井压力分布统计图计算注水系统注水井压力分布的集中概率p1、分布在泵出口压力附近的概率p2以及确定注水井压力集中范围：
根据1#注水系统注水井压力分布统计图可知，该注水系统注水井压力集中在泵出口压力范围。1#注水系统共有36口注水井，其中有30口注水井压力集中在泵出口压力范围内。则该注水系统注水井压力集中概率p1及集中在泵出口压力附近的概率p2的计算方法为：
(4)注水系统是否需要优化的判断：
由于83.33％>70％，且1#注水系统的阀控压力损失PFs＝1.27MPa<3MPa，则根据S3可知，1#注水系统不需要进行注水模式优化。
(5)由以上分析结果可知，1#注水系统不需要进行注水模式优化。
结论：由以上分析可知，1#注水系统满足S3：若注水系统70％以上的注水井压力分布在压力分布图泵出口压力的附近，同时阀控压力损失PFs小于3MPa，则当前注水系统工艺无需优化。
具体实施示例2：
以某油田2#注水系统测试数据为例，2#注水系统的泵出口压力为PPout＝13MPa，泵出站压力为PSout＝12.8MPa，泵进口压力为PPin＝0.07MPa，配水间入口压力为PVin＝11.66MPa，井口压力为PG＝8.18MPa，总注水量为Q＝526.8m3/h，注水泵输入功率为Ne＝2414.12kW，增压泵输入功率Nz＝0kW。
(1)首先对注水系统注水井井口压力进行统计，绘制注水井压力分布统计图，并计算注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd和系统能耗Ns：
2#注水系统的注水井井口压力分布统计图如图3所示。
注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd和系统能耗Ns计算：
PFs＝PVin-PG＝(11.66-8.18)MPa＝3.48MPa；
Pd＝PSout-PVin＝(12.8-11.66)MPa＝1.14MPa；
经计算2#注水系统干线压力损失为Pd＝1.14MPa，阀控压力损失为PFs＝3.48MPa，注水系统能耗为Ns＝2424.36kW。
(2)根据注水井压力分布统计图确定注水井压力，并判断系统阀控压力损失PFs、系统能耗Ns和系统排量Q的数值大小：
由图3所示的2#注水系统注水井压力分布统计图以及步骤(1)的计算结果可知，2#注水系统注水井压力分布较为集中，且2#注水系统阀控压力损失PFs及系统能耗Ns和系统排量Q较大。
(3)若注水井压力较为集中，根据注水井压力分布统计图计算注水井压力的集中概率以及确定注水井压力集中范围；若注水井压力较为分散，则直接进入到步骤(4)：
由步骤(2)知，2#注水系统注水井压力分布较为集中，故根据注水井压力分布统计图计算注水井压力的集中概率以及确定注水井压力集中范围：
根据2#注水系统注水井压力分布统计图可知，该注水系统注水井压力集中分布在中部压力范围。2#注水系统共有84口注水井，其中有63口注水井压力集中在集中分布在整个压力分布图区间的中部，有12口注水井压力集中在泵出口压力范围内。则该注水系统注水井压力集中概率p1及集中在泵出口压力附近的概率p2的计算方法为：
(4)注水系统是否需要优化的判断：
由于75％>70％，且2#注水系统的注水井压力集中分布在整个压力分布图区间的中部，且PFs＝3.48MPa>3MPa的井接近泵出口压力，则根据S3可知2#注水系统需要进行优化。
(5)注水系统采用增压注水模式优化或分压注水模式优化的判断：
由于75％>70％，14％<20％，且2#注水系统的注水井压力集中分布在整个压力分布图区间的中部，且20％以下的井接近泵出口压力，则根据S4可知2#注水系统建议采用局部增压注水模式进行优化。
(6)由以上分析结果可知，2#注水系统应采用局部增压注水模式进行优化。
结论：由以上分析可知，2#注水系统满足S4：当注水系统70％以上注水井的压力集中分布在整个压力分布图区间的中部，20％以下的井接近泵出口压力的系统，这类系统建议采用局部增压模式优化。
具体实施示例3：
以某油田3#注水系统测试数据为例，3#注水系统的泵出口压力为PPout＝28.04MPa，泵出站压力为PSout＝27.8MPa，泵进口压力为PPin＝0.07MPa，配水间入口压力为PVin＝25.42MPa，井口压力为PG＝16.25MPa，总注水量为Q＝32.35m3/h，注水泵输入功率为Ne＝303.64kW，增压泵输入功率Nz＝0kW。
(1)首先对注水系统注水井井口压力进行统计，绘制注水井压力分布统计图，并计算注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd和系统能耗Ns：
3#注水系统的注水井井口压力分布统计图如图4所示。
注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd和系统能耗Ns计算：
PFs＝PVin-PG＝(25.42-16.25)MPa＝9.17MPa；
Pd＝PSout-PVin＝(27.8-25.42)MPa＝2.38MPa；
经计算3#注水系统干线压力损失为Pd＝2.38MPa，阀控压力损失为PFs＝9.17MPa，注水系统能耗为Ns＝304.27kW。
(2)根据注水井压力分布统计图确定注水井压力，并判断系统阀控压力损失PFs、系统能耗Ns和系统排量Q的数值大小：
由图4所示的3#注水系统注水井压力分布统计图以及步骤(1)的计算结果可知，3#注水系统注水井压力在压力分布图区间内较均匀分散，且3#注水系统阀控压力损失PFs及系统能耗Ns较大，系统排量Q较小。
(3)若注水井压力较为集中，根据注水井压力分布统计图计算注水井压力的集中概率以及确定注水井压力集中范围；若注水井压力较为分散，则直接进入到步骤(4)：
由步骤(2)知，3#注水系统注水井压力在压力分布图区间内较均匀分散，故进入步骤(4)；
(4)注水系统是否需要优化的判断：
由图4所示的3#注水系统注水井压力分布统计图可知，3#注水系统共有23口井，其注水井压力在压力分布图区间内较均匀分散，且3#注水系统的阀控压力损失PFs较大，则根据S3可知3#注水系统需要进行优化。
(5)注水系统采用增压注水模式优化或分压注水模式优化的判断：
由于3#注水系统注水井压力在压力分布图区间内较均匀分散，且3#注水系统的阀控压力损失PFs较大，则根据S4可知3#注水系统建议采用分压注水模式进行优化。
(6)由以上分析结果可知，3#注水系统应采用分压注水模式进行优化。
结论：由以上分析可知，3#注水系统满足S4：注水井的压力在压力分布图区间内较均匀分散，这类系统建议采用分压注水模式优化。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对注水系统注水井井口压力进行统计，绘制注水井压力分布统计图，并计算注水系统阀控压力损失PFs、干线压力损失Pd、系统能耗Ns；
S2：根据注水井压力分布统计图确定注水井压力分布特征，并判断系统阀控压力损失PFs、系统能耗Ns和系统排量Q的数值大小：若注水井压力为集中，根据注水井压力分布统计图计算注水系统注水井压力分布的集中概率p1、分布在泵出口压力附近的概率p2以及确定注水井压力集中范围；若注水井压力为分散，则直接进入到步骤S3；
S3：注水系统是否需要优化进行判定：
若注水系统70％以上的注水井压力分布在压力分布图泵出口压力的附近，同时阀控压力损失PFs小于3MPa，则当前注水系统工艺无需优化；
若注水系统已做过局部增压模式或分压注水模式的优化改造，同时阀控压力损失PFs小于3MPa，则当前注水系统工艺无需优化；
若注水系统为20m3/h以下的小排量系统，且系统能耗Ns小于200kW，则当前注水系统工艺无需优化；
其余系统需要优化；
S4：注水系统优化模式判定：
若注水系统70％以上注水井的压力集中分布在整个压力分布图区间的中部，20％以下的注水井压力分布在泵出口压力附近的系统，这类系统采用局部增压模式优化；
若注水井的压力在压力分布图区间内均匀分散，这类系统采用分压注水模式优化。
2.根据权利要求1所述的大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，其特征在于，所述S4中，结果为增压注水模式，则对注水系统进行增压注水模式优化改造；若结果为分压注水模式，则对注水系统进行分压注水模式改造。
3.根据权利要求1所述的大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，其特征在于，所述S2、S3、S4中的注水井压力分布的集中概率p1的计算方法为：
式中，n为注水系统中注水井的数量；m为集中分布在某一压力范围内的注水井数量。
4.根据权利要求1所述的大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，其特征在于，所述S2、S4中的分布在泵出口压力附近的概率p2的计算方法为：
式中，n为注水系统中注水井的数量；w为集中分布在泵出口压力范围内的注水井数量。
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