CN112922569A - 一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态确定方法 - Google Patents

一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态确定方法 Download PDF

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CN112922569A CN202110168778.3A CN202110168778A CN112922569A CN 112922569 A CN112922569 A CN 112922569A CN 202110168778 A CN202110168778 A CN 202110168778A CN 112922569 A CN112922569 A CN 112922569A
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    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
    • E21B43/20—Displacing by water

Abstract

本发明公开了一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，包括：获取注水管网系统的初始数据；采用大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，判断注水管网系统的最优运行模式是增压注水模式还是分压注水模式；当最优运行模式是增压注水模式时，通过增压注水模式算法，确定增压注水模式下的增压能耗数据；当最优运行模式是分压注水模式时，通过分压注水模式算法，确定分压注水模式下的分压能耗数据；根据能耗数据和油田投资力度，判断注水管网系统的运行模式选择是否满意；若不满意，修改增压井数或分压点压力重新计算能耗数据；若满意，则结束。本发明为注水系统增压模式或分压模式找出最优运行方案提供了便捷、合理、有效的途径。

Description

一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态确定方法
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，更具体的涉及一种注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法。
背景技术
在油田开发过程中，能量消耗大致分为：注水泵电机运行过程中消耗的能量以及注水过程中在注水管网中消耗的能量。其中注水管网的能量消耗占到了整个注水系统使用能量的20％～40％。目前国内大多数油田已进入高含水开发期，注水系统消耗的能量急剧增加。因此，为了提高注水系统的运行效率，降低注水系统的生产能耗，在高效的注水工艺以及注水系统节能方面的研究是油田开发的重要课题。
通过对注水系统注水模式进行优化改造是油田注水开发中节能降耗的重要途径之一。对注水系统进行模式优化改造，可以降低注水系统的泵出口压力，通过增压泵或新建泵站来分担注水系统的注水生产，从而达到降低能耗的目的。但由于注水系统复杂且庞大，增加了工作人员的经验对其最优运行模式进行判断的难度，不能确保选择的分压、增压注水模式运行方案的最优。
发明内容
本发明实施例提供一种注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，用以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明实施例提供一种注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，包括：
获取注水管网系统的初始数据；所述初始数据，包括：增压井数和分压点压力。
采用大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，判断注水管网系统的最优运行模式是增压注水模式还是分压注水模式；所述大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，为：通过对注水系统注水井井口压力进行统计及分析整理，来得到注水井压力的分布特征，根据其分布特征来判定注水系统适合采用增压注水模式或分压注水模式来进行优化。
当最优运行模式是增压注水模式时，通过确定增压井数X来确定此增压注水模式运行方案下的增压能耗数据；所述增压能耗数据包括：增压注水模式优化改造后注水系统的注水泵站出口压力、有效功率、总输入功率、阀控压力损失、注水管网损失率。
当最优运行模式是分压注水模式时，通过确定分压点压力PF来确定此分压注水模式运行方案下的分压能耗数据；所述分压能耗数据包括：分压注水模式优化改造后注水系统的有效功率、总输入功率、阀控压力损失、注水管网损失率。
判断注水管网系统的增压运行模式选择是否满意；若增压能耗数据中阀控压力损失小于3.5MPa，则此方案满意；否则为不满意；若满意，则结束；若不满意，则修改增压井数X重新计算增压能耗数据。
判断注水管网系统的分压运行模式选择是否满意；若分压能耗数据中阀控压力损失小于3.5MPa，则此方案满意；否则为不满意；若满意，则结束；若不满意，则修改分压点压力PF重新计算分压能耗数据；若满意，则结束。
进一步地，所述增压注水模式，包括：
注水系统共有n口注水井，干线压力损失为Pd，在总水量Q、增压泵机组效率ηP、注水泵机组平均效率η和泵进口压力PPin相同的前提下，将n口注水井的注水压力从大到小进行排列；对注水系统中注水井压力最接近泵出口压力的X口井进行增压注水。
进一步地，所述增压注水模式优化改造后注水系统的注水泵站出口压力为：
PPout1＝PX+1+Pd
其中，PX+1为第X+1口井的注水压力，MPa。
进一步地，所述增压注水模式优化改造后注水系统的有效功率为：
Figure BDA0002938234430000031
所述增压注水模式优化改造后注水系统的总输入功率为：
NZ＝NP1-NPin1
其中，
Figure BDA0002938234430000032
为泵进口输入功率。
进一步地，所述增压注水模式优化改造后注水系统的阀控压力损失为：
PZc＝Pc-ΔPc
其中，Pc为优化改造前注水系统的阀控压力损失，MPa；ΔPc为优化改造后注水系统节省的阀控压力损失值，MPa，且
Figure BDA0002938234430000033
其中，ΔN为优化改造注水系统节省的功率，且
ΔN＝NP-NZ-NP2
其中，NP为优化改造前注水系统的有效功率，kW；NP2为增压泵消耗的功率，且
Figure BDA0002938234430000034
其中，PX为第X口注水井的注水压力，MPa；PX-PPout1为第X个注水井需要增加的压力，MPa；QX为第X口注水井的总水量。
进一步地，所述增压注水模式优化改造后注水系统的注水管网损失率为：
Figure BDA0002938234430000035
其中，Pj为第j口注水井井口压力，MPa；Qj为第j口注水井井口流量，m3/h；NZin＝NP1+NP2增压注水模式优化改造后注水系统的的总输入能量。
进一步地，所述分压注水模式，包括：
将一个注水系统改造成高低压两个系统，分压点为PF，干线压力损失为Pd，在总水量Q、注水泵机组平均效率η和泵进口压力PPin相同的前提下，分压注水模式优化改造后高压系统的注入水量QH与低压系统的注入水量QL之和为优化改造前注水系统的总水量Q＝QH+QL。
进一步地，所述分压注水模式优化改造后注水系统的有效功率为：
N2＝NH+NL
其中，NH为高压系统的有效功率，kW，且
Figure BDA0002938234430000041
PH为高压系统的出站压力，即为原系统的出站压力；NL为高压系统的有效功率，kW，且
Figure BDA0002938234430000042
PL为低压系统的泵出口压力，且PL＝PF+Pd；
所述分压注水模式优化改造后注水系统的总输入功率为：
NF＝N2-NPin2
其中，NPin2为泵进口输入功率，kW，且
Figure BDA0002938234430000043
PPin2为注水泵进口压力，MPa。
进一步地，所述分压注水模式优化改造后注水系统的阀控压力损失为：
PFc＝Pc-ΔPc
其中，Pc为优化改造前注水系统的阀控压力损失；ΔPc为优化改造后注水系统节省的阀控压力损失值，MPa，且
Figure BDA0002938234430000044
其中，ΔN为优化改造注水系统节省的功率，kW，且
ΔN＝NP-NF
其中，NP为优化改造前注水系统的有效功率，kW。
进一步地，所述分压注水模式优化改造后注水系统的注水管网损失率为：
Figure BDA0002938234430000051
其中，Pj为第j口注水井井口压力，MPa；Qj为第j口注水井井口流量，m3/h；NFin＝N2。
本发明实施例提供一种注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
本发明通过对注水系统的注水井压力进行整理及分析判断，找出注水系统的最优运行模式，计算其增压注水模式与分压注水模式的相关能耗数据，为注水系统增压模式或分压模式找出最优的运行方案提供一条便捷、合理、有效的途径。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的某油田1#注水系统注水井压力分布统计图；
图3为本发明实施例提供的某油田2#注水系统注水井压力分布统计图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例提供一种注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，该方法包括：
步骤1：获取注水管网系统的初始数据；所述初始数据，包括：注水系统的泵出口压力，泵进口压力，干线压力损失，泵机组效率，总注水量，阀控压力损失，注水管网损失率，注水系统总输入功率及注水系统有效功率。
步骤2：采用大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，判断注水管网系统的最优运行模式是增压注水模式还是分压注水模式；所述大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，为：通过对注水系统注水井井口压力进行统计及分析整理，来得到注水井压力的分布特征，根据其分布特征来判定注水系统适合采用增压注水模式或分压注水模式来进行优化。
步骤3：当最优运行模式是增压注水模式时，通过确定增压井数X来确定此增压注水模式运行方案下的增压能耗数据；所述增压能耗数据包括：增压注水模式优化改造后注水系统的注水泵站出口压力、有效功率、总输入功率、阀控压力损失、注水管网损失率。
步骤4：当最优运行模式是分压注水模式时，通过确定分压点压力PF来确定此分压注水模式运行方案下的分压能耗数据；所述分压能耗数据包括：分压注水模式优化改造后注水系统的有效功率、总输入功率、阀控压力损失、注水管网损失率。
步骤5：判断注水管网系统的增压运行模式方案是否满意；若增压能耗数据中阀控压力损失小于3.5MPa，则此方案满意；否则为不满意；若满意，则结束；若不满意，则修改增压井数X重新计算增压能耗数据。
步骤6：判断注水管网系统的分压运行模式方案是否满意；若分压能耗数据中阀控压力损失小于3.5MPa，则此方案满意；否则为不满意；若满意，则结束；若不满意，则修改分压点压力PF重新计算分压能耗数据；若满意，则结束。
具体实施示例1：
以某油田1#注水系统测试数据为例，该注水系统的注水井压力分布图如图2所示。
注水系统最优运行模式的实现方法：
(1)获取注水管网系统的初始数据：
改造前1#注水系统的泵出口压力为13MPa，泵进口压力为0.07MPa，干线压力损失为1.14MPa，泵机组效率为78.38％，总注水量为526.8m3/h，阀控压力损失为3.49MPa，注水管网损失率为31.1％，注水系统总输入功率为2424.36kW，有效功率为2414.12kW。
(2)通过注水模式判别模块判别注水系统的最运行注水模式是增压注水模式还是分压注水模式：所述大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，为：通过对注水系统注水井井口压力进行统计及分析整理，来得到注水井压力的分布特征，根据其分布特征来判定注水系统适合采用增压注水模式或分压注水模式来进行优化。
通过对1#注水系统的注水井井口压力进行统计可得到1#注水系统注水井压力分布统计图，如图2所示。对图2进行分析可知2#注水系统注水井压力分布较为集中。故1#注水系统的最优运行注水模式为增压注水模式。
(3)当最优运行模式是增压注水模式时，通过确定增压井数X来确定此增压注水模式运行方案下的增压能耗数据；当最优运行模式是分压注水模式时，通过确定分压点压力PF来确定此分压注水模式运行方案下的分压能耗数据：
由步骤(2)知，1#注水系统的最优运行注水模式是增压注水模式，故确定增压井数X。
按1#注水系统注水井压力分布选压力最大的6个井做局部增压注水模式优化，即增压井数X＝6时，系统增压注水模式优化后的相关能耗数据计算方法如下：
增压注水模式优化改造后1#注水系统注水泵站的出口压力降低为：
PPout1＝PX+1+Pd＝(11.4+1.14)MPa＝12.54MPa
增压注水模式改造后1#注水系统的有效功率：
Figure BDA0002938234430000081
泵进口输入功率：
Figure BDA0002938234430000082
增压注水模式改造后1#注水系统所需总功率：
NZ＝NP1-NPin1＝(2341.18-10.24)kW＝2330.94kW
增压泵消耗的功率：
Figure BDA0002938234430000083
增压注水模式改造前后1#注水系统节省的功率：
ΔN＝NP-NZ-NP2＝(2414.12-2330.94-1.92)kW＝81.26kW
节省的阀控压力损失值：
Figure BDA0002938234430000084
增压注水模式改造后1#注水系统的阀控压力损失：
PZc＝Pc-ΔPc＝(3.49-0.44)MPa＝3.05MPa
增压注水模式改造后1#注水系统的总输入能量：
NZin＝NP1+NP2＝(2341.18+1.92)kW＝2343.1kW
增压注水模式优化后1#注水系统的注水管网损失率：
Figure BDA0002938234430000085
通过上面的分析看出，对注水系统中个别高压注水井进行局部增压注水模式优化改造后的相关能耗数据。
(4)判断注水管网系统的增压运行模式方案是否满意；若增压能耗数据中阀控压力损失小于3.5MPa，则此方案满意；否则为不满意；若满意，则结束；若不满意，则修改增压井数X重新计算增压能耗数据；
对1#注水系统中接近泵出口压力的6口注水井进行增压注水的运行方案中阀控压力损失为3.05MPa，其小于3.5MPa，故增压井数为6口井的增压注水模式运行方案满意，故结束。则可根据此方案对1#注水系统进行优化改造。
具体实施示例2：
以某油田2#注水系统测试数据为例，该注水系统的注水井压力分布图如图3所示。
注水系统最优运行模式的实现方法：
(1)获取注水管网系统的初始数据：
优化改造前该注水系统的泵出口压力为28.04MPa，泵进口压力为0.07MPa，干线压力损失为1.81MPa，机组效率为76.61％，总注水量为32.35m3/h，阀控压力损失为7.61MPa，注水管网损失率为36.34％，注水系统总输入功率为424.05kW，有效功率为424.05kW。
(2)通过注水模式判别模块判别注水系统的最运行注水模式是增压注水模式还是分压注水模式：所述大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，为：通过对注水系统注水井井口压力进行统计及分析整理，来得到注水井压力的分布特征，根据其分布特征来判定注水系统适合采用增压注水模式或分压注水模式来进行优化。
通过对2#注水系统的注水井井口压力进行统计可得到2#注水系统注水井压力分布统计图，如图3所示。对图3进行分析可知2#注水系统注水井压力在其压力分布图区间内较均匀分散。故2#注水系统的最优运行注水模式为分压注水模式。
(3)当最优运行模式是增压注水模式时，通过确定增压井数X来确定此增压注水模式运行方案下的增压能耗数据；当最优运行模式是分压注水模式时，通过确定分压点压力PF来确定此分压注水模式运行方案下的分压能耗数据：
由步骤(2)知，2#注水系统的最优运行注水模式是分压注水模式，故确定分压点压力PF。
将2#注水系统改造成高低压两个系统，故将分压点压力PF设为14MPa，即分压点压力PF为14MPa时，系统分压注水模式优化后的相关能耗数据计算方法如下：
分压注水模式优化改造后高压系统的注入水量QH与低压系统的注入水量QL之后分别为：
QH＝6.06m3/h
QL＝6.20m3/h
分压注水模式优化改造后2#注水系统的高压系统部分的相关计算：
高压系统的出站压力为：
PH＝20.8MPa(即为原系统的出站压力)
高压系统的有效功率为：
Figure BDA0002938234430000101
分压注水模式优化改造后2#注水系统的低压系统部分的相关计算：
低压流程的出站压力为：
PL＝PF+Pd＝(13+1.9)MPa＝14.9MPa
低压系统的有效功率为：
Figure BDA0002938234430000102
分压注水模式优化改造后2#注水系统的有效功率为：
N2＝NH+NL＝(44.65+32.73)kW＝77.38kW
泵进口输入功率为：
Figure BDA0002938234430000111
分压注水模式优化改造后2#注水系统所需总功率为：
NF＝N2-PPin2＝(77.38-0.14)kW＝77.24kW
分压注水模式优化改造前后2#注水系统节省的功率：
ΔN＝NP-NF＝(90.18-77.24)kW＝12.94kW
节省的阀控压力损失值：
Figure BDA0002938234430000112
分压注水模式优化改造后系统的阀控压力损失：
PFc＝Pc-ΔPc＝(5.48-2.98)MPa＝2.5MPa
分压注水模式优化改造后2#注水系统所需总功率为：
NFin＝N2＝77.38kW
分压注水模式优化改造后2#注水系统的注水管网损失率：
Figure BDA0002938234430000113
通过上面的分析看出，对2#注水系统进行分压注水模式优化改造后的相关能耗数据。
(4)判断注水管网系统的分压运行模式方案是否满意；若分压能耗数据中阀控压力损失小于3.5MPa，则此方案满意；否则为不满意；若满意，则结束；若不满意，则修改分压点压力PF重新计算分压能耗数据；
以分压点压力PF为14MPa对2#注水系统进行分压注水的运行方案中阀控压力损失为2.5MPa，其小于3.5MPa，故分压点压力PF为14MPa的分压注水模式运行方案满意，故结束。则可根据此方案对2#注水系统进行优化改造。
综上所述，注水系统增压模式、分压模式的优化改造是油田注水系统节能降耗的有效途径。增压模式、分压模式的优化改造的关键点在于注水模式运行方案的选择，而运行方案的选择决定了注水系统的降低能耗的潜力。本发明建立了油田注水管网增压模式/分压模式运行状态最优的确定方法和理论模板。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于，包括：
获取注水管网系统的初始数据；所述初始数据，包括：增压井数和分压点压力；
采用大型油田注水管网最优运行模式的判别方法，判断注水管网系统的最优运行模式是增压注水模式还是分压注水模式；
当最优运行模式是增压注水模式时，通过增压井数，确定增压注水模式下的增压能耗数据；所述增压能耗数据包括：增压注水模式优化改造后注水系统的注水泵站出口压力、有效功率、总输入功率、阀控压力损失、注水管网损失率；
当最优运行模式是分压注水模式时，通过分压点压力，确定分压注水模式下的分压能耗数据；所述分压能耗数据包括：分压注水模式优化改造后注水系统的有效功率、总输入功率、阀控压力损失、注水管网损失率；
根据增压能耗数据和油田投资力度，判断注水管网系统的运行模式选择是否满意；若不满意，修改增压井数重新计算增压能耗数据；若满意，则结束；
根据分压能耗数据和油田投资力度，判断注水管网系统的运行模式选择是否满意；若不满意，修改分压点压力重新计算分压能耗数据；若满意，则结束。
2.根据权利要求1所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述增压注水模式，包括：
注水系统共有n口注水井，干线压力损失为Pd，在总水量Q、增压泵机组效率ηP、注水泵机组平均效率η和泵进口压力PPin相同的前提下，将n口注水井的注水压力从大到小进行排列；对注水系统中注水井压力最接近泵出口压力的X口井进行增压注水。
3.根据权利要求2所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述增压注水模式优化改造后注水系统的注水泵站出口压力为：
PPout1＝PX+1+Pd
其中，PX+1为第X+1口井的注水压力，MPa。
4.根据权利要求3所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述增压注水模式优化改造后注水系统的有效功率为：
Figure FDA0002938234420000021
所述增压注水模式优化改造后注水系统的总输入功率为：
NZ＝NP1-NPin1
其中，
Figure FDA0002938234420000022
为泵进口输入功率。
5.根据权利要求4所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述增压注水模式优化改造后注水系统的阀控压力损失为：
PZc＝Pc-ΔPc
其中，Pc为优化改造前注水系统的阀控压力损失，MPa；ΔPc为优化改造后注水系统节省的阀控压力损失值，MPa，且
Figure FDA0002938234420000023
其中，ΔN为优化改造注水系统节省的功率，且
ΔN＝NP-NZ-NP2
其中，NP为优化改造前注水系统的有效功率，kW；NP2为增压泵消耗的功率，且
Figure FDA0002938234420000024
其中，PX为第X口注水井的注水压力，MPa；PX-PPout1为第X个注水井需要增加的压力，MPa；QX为第X口注水井的总水量。
6.根据权利要求5所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述增压注水模式优化改造后注水系统的注水管网损失率为：
Figure FDA0002938234420000031
其中，Pj为第j口注水井井口压力，MPa；Qj为第j口注水井井口流量，m3/h；NZin＝NP1+NP2增压注水模式优化改造后注水系统的的总输入能量。
7.根据权利要求1所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述分压注水模式，包括：
将一个注水系统改造成高低压两个系统，分压点为PF，干线压力损失为Pd，在总水量Q、注水泵机组平均效率η和泵进口压力PPin相同的前提下，分压注水模式优化改造后高压系统的注入水量QH与低压系统的注入水量QL之和为优化改造前注水系统的总水量Q＝QH+QL。
8.根据权利要求7所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述分压注水模式优化改造后注水系统的有效功率为：
N2＝NH+NL
其中，NH为高压系统的有效功率，kW，且
Figure FDA0002938234420000032
PH为高压系统的出站压力，即为原系统的出站压力；NL为高压系统的有效功率，kW，且
Figure FDA0002938234420000033
PL为低压系统的泵出口压力，且PL＝PF+Pd；
所述分压注水模式优化改造后注水系统的总输入功率为：
NF＝N2-NPin2
其中，NPin2为泵进口输入功率，kW，且
Figure FDA0002938234420000034
NPin2为注水泵进口压力，MPa。
9.根据权利要求8所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述分压注水模式优化改造后注水系统的阀控压力损失为：
PFc＝Pc-ΔPc
其中，Pc为优化改造前注水系统的阀控压力损失；ΔPc为优化改造后注水系统节省的阀控压力损失值，MPa，且
Figure FDA0002938234420000041
其中，ΔN为优化改造注水系统节省的功率，kW，且
ΔN＝NP-NF
其中，NP为优化改造前注水系统的有效功率，kW。
10.根据权利要求8所述的一种油田注水管网增压分压模式最优运行状态的确定方法，其特征在于：所述分压注水模式优化改造后注水系统的注水管网损失率为：
Figure FDA0002938234420000042
其中，Pj为第j口注水井井口压力，MPa；Qj为第j口注水井井口流量，m3/h；NFin＝N2。
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