油田地面注水系统运行效率的研究

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1、长江大学学生毕业设计（论文）油田地面注水系统运行效率的研究　　题目：　　学生姓名：　　专业年级：石油工程（2008级）指导教师：王立柱　　评阅教师：王立柱　　完成日期：2012年1月30日摘要本课题在调研目前地面注水工艺现状和能量消耗现状的基础上，运用系统工程理论、水力学原理、数字仿真和优化技术进行油田地面注水系统运行效率的研究。首先应用有限元分析方法建立仿真数学模型，以注水站、干线、配水间的压力表、流量计测试数据为基础，模拟计算管网单元的压力、流量，进行总体的油田地面注水系统能耗分布的仿真模拟及分析；其次，以注水单耗最低

2、为目标函数，建立注水系统运行参数优化的数学模型。应用计算机技术开发出油田地面注水系统仿真优化软件，包括图形建模、系统仿真、优化开泵等三个主要模块。根据GB3484-83关于有效能量的规定，将注水井口处的水所具有的能量计为有效能量，而克服地面管网的摩阻和地面的节流损失所消耗的能量是地面注水系统损耗的能量。把注水系统分为站内和站外两部分，现场试验主要在留17、王一联、王四联、河一联、里一联5个注水站进行测试。测试过程中以每个注水站组成的注水单元为一个系统，在注水系统正常运行情况下，通过测试、分析注水泵和注水管网电力、水力工况，

3、分析注水站系统的能量损失因素及其所占比例，从而得出影响注水系统能量损失的主要原因，再根据现场实际提出提高注水系统效率方法途径。通过测试结果分析，为今后提高注水系统效率改造提供了很好的理论依据，2007年通过对部分站进行改造，取得了很好的经济效益和社会效益。目录第一章问题的提出第二章解决问题的主要技术1、仿真优化技术1.1仿真优化软件技术原理简介1.2仿真优化软件增加效率计算模块1.3双管网注水系统分压点优化方法2、系统能量平衡模型和效率计算第三章现场应用效果1、现场测试分析步骤2、现场测试情况3、测试结果分析4、提高注水系

4、统效率现场改造及改造效果第四章效益分析21第一章问题的提出我厂目前有注水站11座，注水能力2.9×104m3/d，注水泵106台，其中五柱塞泵46台，三柱塞泵45台，增压泵15台，电机总功率达到1.4×104Kw.h。配水间73座，注水井273口，注水1.09×104m3/d，除高44每天注入180m3清水外，其余各站全部回注污水,基本满足了油田开发的需要。随着油田开发不断深入，特别是油田开发到中后期，油井产液量越来越高，导致各注水站污水回注量不断增大，同时注水管线不断加长，特别是管线腐蚀、结垢，注水泵腐蚀、电机老化等因素

5、，使注水系统效率越来越低。管线腐蚀、结垢导致管线流动阻力增大、管网效率降低；注水泵腐蚀及电机老化，造成维护保养频繁，增加了注水机泵自身内耗，降低了泵效。据统计注水系统每年耗电约占油田用电的30％左右。为了提高地面注水效率，降低生产能耗，必须摸清影响地面注水系统效率的主要因素，并找出解决问题的思路。第二章解决问题的主要技术在解决本课题过程中主要应用了以下主要技术1、仿真优化技术1.1仿真优化软件技术原理简介国内九十年代后期开始油田注水系统效率方面的研究，主要集中在提高设备运行效率。对于复杂的地面注水管网(多站、复杂管网)的压

6、力分布、水流分布无法用仪器、仪表进行监测，难以定量分析管网能耗损失、效率低的原因，无法提出注水系统中注水站的最优化运行方案和管网调整方案。21为此，华北油田分公司采油工艺研究院研究开发了注水系统仿真优化技术。该技术是运用系统工程理论、水力学原理、数字仿真和优化技术进行油田地面注水系统运行效率的研究。首先，建立注水管网数据模型，应用有限元分析方法建立仿真数学模型，把每一个管元、闸门、节点及单井看作一个管网单元，以注水站、干线、配水间的压力表、流量计测试数据为基础，模拟计算管网单元的压力、流量，进行总体的油田地面注水系统能耗分

7、布的仿真模拟及分析；其次，以注水单耗最低为目标函数，建立注水系统运行参数优化的数学模型，用先进的数学方法求解给出优化的开泵方案，即确定合理的系统压力、注水量，实现注水能量资源的合理分配，降低注水能耗、提高注水系统效率，就是不改变目前的管网系统，重新分配各注水站的压力和流量，既满足每个单井的地质配注要求，又使管网能量损失最小，系统效率高。应用计算机技术开发出油田地面注水系统仿真优化软件，包括图形建模、系统仿真、优化开泵等三个主要模块。关键技术有：1.1.1管网数据库及图形建模，油田注水系统仿真优化软件与ORACLE数据库接口

8、程序的开发。图形建模是依据注水系统的真实情况，在计算机上按一定比例绘制出整个系统各个节点（包括井、站、配水间、管子及其连接关系），它是整个程序的基础。1.1.2建立注水管网的数学模型及进行仿真计算，应用水力学原理、有限元分析方法，建立注水系统仿真模型，仿真模拟管网压力、流量分布，分析能量损耗。系统仿真主