基于参数检测的地面智能注水模型方法研究

李鹏伟

（西安石油大学石油工程学院，陕西 西安 710065)

目前，我国大系统建模技术在油气田开发领域的应用主要集中在地面注水系统优化以及地面、地下一体化优化方面。这方面的进展，有注水井局部提压法、能耗节能法，这些方法基本围绕地面注水系统、注水运行方案、注水管网三者结合最终建立对地面注水优化的结构模型。目前油田这些方法以地面注水大系统构建、非线性规划作为研究方向[1-2]。本文针对整个地面注水大系统，给出动态分析及优化方法，建立模型系统进行某注水站的计算，为注水开发提供一种参考。

1 油田注水系统

注水站可以实现在较短时间内达到计量注水量，注水分配等任务。对于地面注水系统的配水间是对上述的注水站来水进行流量分配、对注水管网分配注水等作用。对于调整注水过程进行的封堵、增注等注水方式，可在一定程度上有效对来自于注水泵站的出口压力进行调整，对注水泵站出口压力的调整可以降低注水作业的成本投入。该地面注水系统本文划分若干为相应的子系统，划分依据基于井网、管网，离心泵工艺流程，由注水泵、注水管网构成注水大系统。

本文结合上述的离心泵工作流程及整体注水系统优化，将大系统当中的某一分配合格的子系统进行分析计算，然后进行整体系统综合分析是否合理，假如大系统中的某一级别的关联性保证是最优的，那么可以得到剩下的子系统可以保证是最优的。然后在充分结合泵站数据以及地面系统数据控制平台、水井配注数据建立合理的系统运行数学模型，根据系统压力分布对系统进行划分,建立合适的注水系统优化方法[3-4]。相关注水系统优化计算流程见图1。

图1 注水系统优化计算流程图

2 子系统系统建模与计算

首先通过遗传模拟退火算法确定注水泵的开停方案；然后在注水泵开停方案给定的基础上确定其最优运行参数.‘1’表示相应的泵开启，‘0’表示关闭；如2 号泵组组合[1 1 0 1] 表示1、2＃ 泵开启，3＃ 泵关闭，4＃ 泵开启，以此类推；因此能够将各种可能的注水泵开停方案能够被有效地搜索以找到全局最优或近全局最优解。其中Fsi,k,a 表示用0-1 判断第i 个注水站的运行状态是否处于第k 个启泵方案，第a 个流量区间上。

式中，k 为第k 个启泵方案，无量纲；a 为第a个流量区间，无量纲；M 为惩罚数，无量纲；K为启泵方案集合；A 为流量区间集合；Qsmina为注水站节点在第a 个流量区间的下限，m3/s；Qsmaxa为注水站节点在第a 个流量区间的上限，m3/s；Fsi,k,a为0-1 变量，无量纲；Fsi,k为0-1 变量，无量纲；Qsi为第i 个注水站节点的流量，m3/s。

在满足一定计算要求的前提下，将管段流量与流量区间相匹配。同时考虑经济流速的影响，设置管段流量的上下限值。根据模型的初始管段流向和计算结果，判断管段流向是否与初设流向相同，如果相同，Fsj为1，否则Flj为1。

式中，Qgmaxj为第j 条管段流量的上限值，m3/s；Qgminj为第j 条管段流量的下限值，m3/s；Fsj为0-1 变量，无量纲；Flj为0-1 变量，无量纲，为第i 口井的井底高程，m；Zai为配水间高程。

3 注水系统计算方法

由图2 易知泵压PSL6，NSL6为开泵台数，Q301LQ201L为求解的变量，配水间2、4 的流量及压力分别为：QAL2QAL4PAL2PAL4。

下面用大系统分解迭代算法来解决这个问题。1） 依据合理分解分级原理，将地面注水系统划分为相应的子系统，然后进行分析是否合理有效。2） 按照划分的子系统之间的联系，把子系统排列成一定的次序，然后按照排列的次序进行计算。3） 给各相应的变量赋个初值，设初值为Qi′（0）。4） 将初始值带入子系统，寻找一种适当的解法，依照给定的顺序计算出各子系统对应的的输出变量Qi（k）。5） 对藕合变量逐一进行迭代运算，迭代的方程式为Qi′（0） =Qi（k）。6）检查是否对任意I ，都有其中ε 是为小数，由给定的精度来确定。若否，从新跳到第4) 步。7) 计算完毕，程序结束。

图2 注水系统的一个子系统示意图

在上述理论基础之上，可以指定开泵的台数或者某个配水间的流量，或者再加一个条件：配注量与实注量之差的平方之和最小。加上上面给出的条件，就可以有唯一解。

4 结论

本文充分应用最优化理论，大系统关联理论说明了整个注水系统的优化等价于各个子系统的优化，把地面注水系统中每个小系统求解，接着进行迭代，进行第二次计算。利用第一次计算的结果，根据上面方法进行再次计算。如果计算结果与要求的计算精度一样，将不再计算。通过计算我们可以确定适当的配注压力和流量，最终提高配注精度从而提高整个注水系统的效率。