大庆油田第七采油厂 163000
摘要:油田注水系统是油田能耗大户,其能耗一般占油田生产开发能耗的1/3以上。随着国内大部分油田开发进入中后期,注水量越来越大,注水管网也越来越复杂,其调度管理难度也越来越大,仅凭原来的人工管理模式已经无法满足生产要求,为此,国内油田都开展了不同程度的计算机仿真及优化调度研究和应用。
关键词:Pipephase;油田;注水系统;
引言
与此同时,随着油田的开发,油田通常采用喷水控制方式生产。油轮注射剂可以有效补充地球能源,增加石油利润,从而确保石油生产和生产。油田集输系统是一个复杂、海量和非线性流体网络,由多个加油站、集输池、配线柜、连接点和高压管道管路的环形或分支拓扑组成。直接或通过控制、微调和测量集水区,将水处理流程从集水区输入管网,然后测量、设定和测量集水区。对于石油和天然气勘探而言,至关重要的是,应根据油田开发方案和土壤条件调整水处理方案,以满足不同土地和地理集水区的用水需求。此类复杂非线性管网的生产方案调整需要使用现代仿真软件进行分析和仿真,以确定最佳方案。Pipephase软件是一种稳定的多相并行计算,用于管道、管道、水和供水系统的分析,为水处理系统的仿真提供了一种强大的解决方案。
1总体方案设计
油田注水系统主要由注水站、配水间、注水井和注水管网组成,其中配水间不是必须的,在一般的分析计算中可直接由其所连的所有注水井数据代替。注水系统的模拟,技术关键是:a.如何模拟不同地层压力和流量的注水井;b.管网沿程阻力损失模拟;c.弯头、三通、传感器接头及焊接接头等处产生的局部压力损失对模型的影响;d.位于不同地理位置的注水站模拟;e.不同拓扑结构管网的模拟。针对上述关键问题,在模拟管网的每段管子上设置开关阀,通过不同阀的开关模拟不同拓扑结构的管网;采用液压系统中的溢流阀和调速阀结合来模拟不同地层压力和流量,若来水压力达不到溢流阀的开启压力,则该阀不打开;利用缩小管径且增大流速的方法来增大管网沿程阻力损失;通过单独实验确定弯头、三通及接头等处的局部阻力损失。
2Pipephase软件建模
simsci开发的Pipephase软件是一种稳定的多阶段仿真软件,它具有庞大的物理数据库和精确的热计算方法,可为复杂和大型管网系统提供极其强大的管网分析和良好的收敛,以计算整个管网的压力和流量区域。根据供水管网的情况,将简化干管段和支管段上的供水管网,用线表示供水管网的管道,用连接点(节点)表示管道和集水井的连接,连接点(节点)是集水井节点,源是集水井所在的节点。元件,例如非回缩管道、管件弯头和t形三通可以忽略局部水损耗对管线的影响。因此,管网压力损失主要发生在水面上,在水面上将损失转换为管网效率的一种形式。为保证注水管网功能的正常实现,所有注水井节点的压力值都应满足以下约束条件:式中pimin——第i个注水井配注压力;t——注水井数。采用管道相软件对小型石油水渠系统进行建模,对模拟网络模型进行建模,利用用户定义的剖面、外汇和源布局进行室外模拟的网络仿真,选择模拟类型,选择作为网络模型液体模型的液态水,选择公制作为测量单位。
3模型修正
由于冷料井组合复杂,很难建立由石油、水、天然气和各种机械并发症组成的理论废水预测模型。但是,为了更好地了解中心管槽的流量特性,本节对管道的水力和热计算方法进行了调整,使多个热液通道的热液结果与现场数据更接近,并提高了模型预测的准确性。(1)热计算中的故障排除引入热校正系数表示了沉积物对管道总传热系数对系统热场偏差的影响:系数,W/(m2•℃)。温度降低修正系数α>1表示设计的早期传热系数大于修改后的传热系数。随着时间的推移,中心管槽的总传热系数会降低。②液压计算方法:模型管段压力与本字段实际管段压力降低偏差的主要原因是管内径、流量面积减小、引入管直径修正系数和引入代表沉积物对管流量面积影响的管直径修正系数β,表示为:式中,d设计管径,m;D1是修正后的管材的有效直径,m。由于油粘度受温度的影响,因此温度的变化会影响压降。因此,系统温度场影响压缩场,但对温度场影响不大。模型温度场应通过热校正系数进行调整,以适应该场的实际结果,然后再将模型压缩场调整为实际压缩场。
4油田注水模拟系统的实现
油田注水模拟系统主要由上中下3层构成:上层为模拟管网,距离地面约1.2m;中间层为由向下的24口模拟注水井组成;最下层为回水管网。5台高扬程离心泵将水罐的水增压至所需压力后送往上层模拟管网,然后经中间层的24口模拟井流到最下层的回水管网,再返回到水罐。调整每口模拟井的溢流设定压力和节流阀开度,可以模拟不同地层压力和注水井的配注流量;通过上层管网各管段开关阀的启闭,模拟不同拓扑形状的管网结构;压力传感器和流量传感器将各种工况下的测量值返回工控机;通过各泵的电度表查看各泵的耗电量。
5注水系统优化关键技术
注水采油是目前油田生产的主要驱油方式,具有驱油能量稳定,采收率高的特点。注水系统是一个复杂的工程,其覆盖面积广,管线长度长,节点数量多,并且注水系统的耗电通常为整个油田总用电量的50%左右。随着我国各大油田相继进入高含水开发期,对大型复杂注水系统的节能降耗优化调度难度也日益增加。前人通过研究油田注水系统的仿真数学模型及求解方法,在求解复杂优化问题过程中取得较好的效果。随计算机和网络化技术的应用和发展,注水系统也进入智能化时代。逐步被应用到油田注水系统的建模和仿真模拟中注水系统进入计算机时代。20世纪90年代初,大庆、新疆、华北油田相继开始了“注水系统能耗优化和能量利用最优化”的研究,利用数值仿真模拟,将城市供水系统的模拟优化理论推广到油田注水系统的应用中。利用智能算法,不断完善油田注水系统的优化和仿真,使得注水系统优化技术实现了重大飞跃,先后出现了模拟退火、惩罚函数法、蚁群算法与遗传算法等被广泛应用的模拟优化方法。其仿真精度可以满足油田需求,优化结果也能降低系统运行的能耗。基于注水管网庞大、变量多、耦合关系复杂,智能算法求解的大多为局部最优解,即优化算法的计算结果与油田管网的实际结合性较差,这一点也制约了注水技术的发展。近年来,各大油田又相继引入物联网技术,实现了生产管理运行的数字化监控。实现了线上的数据采集、传输和远程监控。应用物联网、大数据、云计算、人工智能等技术,开展注水系统优化运行和智能诊断决策,对注水系统生产运行模式产生变革,提升系统的智能性。基于注水系统优化关键技术的不断发展,对其生产运行的高效性要求也日益提升,因此关于注水系统节能降耗的优化研究具有重要的实践指导意义。
结束语
使用Pipephase软件在油水系统中创建模拟模型,优化不同时段的水量,使用Pipephase计算模拟,并发现在将模拟结果与实际数据进行比较时,用于模拟水通道的PIPE软件要快得多,精度更高,建模更简单,操作也更方便。仿真输出偏差率还用作整个管网的性能测量值,并可用作在仿真输出偏差随时间变化时修复或交换管网设施的需要的基础。从而为解决大面积水工问题奠定了可靠的理论基础。
参考文献
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