油田注水管網(wǎng)優(yōu)化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

苑瀟 黃文青

摘 要：在油田開采工作中，注水系統(tǒng)是影響開采質(zhì)量的重要因素。因此注水系統(tǒng)的整體優(yōu)化，是提高油田開采效率的關(guān)鍵。本文以油田注水管網(wǎng)優(yōu)化為例，通過分析油田注水管網(wǎng)優(yōu)化現(xiàn)狀的方法，對(duì)油田注水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。進(jìn)而保障注水管網(wǎng)優(yōu)化方案的可行性，為我國(guó)油田開采工作做貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：油田;注水管網(wǎng);優(yōu)化設(shè)計(jì)

油田注水管網(wǎng)優(yōu)化是保障油田開采工作效率的關(guān)鍵技術(shù)，是降低油田注水損耗的重要途徑。而油田注水管網(wǎng)優(yōu)化主要體現(xiàn)在運(yùn)行參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，但是我國(guó)現(xiàn)階段的注水管網(wǎng)設(shè)計(jì)，仍存在較多問題。因此，本文對(duì)油田注水管網(wǎng)優(yōu)化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，以此為相關(guān)人員優(yōu)化油田注水管網(wǎng)提供方向。

1 油田注水管網(wǎng)優(yōu)化現(xiàn)狀

1.1 運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

油田注水管網(wǎng)在對(duì)其管網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定后，對(duì)注水系統(tǒng)的參數(shù)同樣展開步驟優(yōu)化。同時(shí)以運(yùn)行費(fèi)用、管網(wǎng)造價(jià)為目標(biāo)，以限制流速、保障注水管網(wǎng)的不同節(jié)點(diǎn)壓力為條件。之后在選用動(dòng)態(tài)分析法，針對(duì)注水系統(tǒng)，構(gòu)建和管徑參數(shù)相關(guān)的模型。具體來說，是指設(shè)計(jì)人員通過充分利用注水泵，將管網(wǎng)能耗、投資降低到最小。在油田注水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，變速調(diào)速屬于節(jié)能措施，并應(yīng)用在不同領(lǐng)域，但是注水管網(wǎng)排水中變速調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，主要是針對(duì)簡(jiǎn)單化、單一化的注水系統(tǒng)。此外，在運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員主要根據(jù)不同恒速泵的具體運(yùn)行參數(shù)，確定變頻最佳安裝位置[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

油田注水管網(wǎng)對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要是對(duì)注水管網(wǎng)拓?fù)涞牟季謨?yōu)化。在當(dāng)前階段，相關(guān)人員根據(jù)油田的集輸系統(tǒng)，提出對(duì)其進(jìn)行分級(jí)優(yōu)化，即將油田集輸系統(tǒng)，氛圍拓?fù)浼?jí)、幾何級(jí)，進(jìn)而明確管線、站之間的聯(lián)系性，以及站與站之間的位置關(guān)系。之后研究人員將投資費(fèi)用最小視為函數(shù)建立目標(biāo)，同時(shí)以注水井之間連接量、隸屬關(guān)系為約束條件，建立樹狀的注水管網(wǎng)優(yōu)化模型。之后根據(jù)優(yōu)化模型特點(diǎn)，將所遇到的設(shè)計(jì)問題氛圍幾何層，以及分配層。此外，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)將優(yōu)化問題分為注水井和配水井的問題，而注水井、配水間優(yōu)化問題，主要采用蟻群算法，將注水井和配水間的距離最短為目標(biāo)，進(jìn)而明確其隸屬關(guān)系。

2 油田注水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 油田注水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化

注水管網(wǎng)作為油田注水系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，其運(yùn)行原理是水在外部加壓后，會(huì)經(jīng)過管網(wǎng)并流入配水間，并進(jìn)入井口。之后會(huì)水通過注水井進(jìn)入油層。但是由于不同注水井會(huì)設(shè)計(jì)節(jié)流裝置，因此在井口的壓力過高的時(shí)候，需要在井口平衡水的注入壓力。在現(xiàn)階段，油田注水管理主要是以環(huán)狀網(wǎng)和樹狀網(wǎng)結(jié)合為主，一般情況下，技術(shù)人員會(huì)將環(huán)狀網(wǎng)布置在注水范圍的中心區(qū)域，同時(shí)以樹狀網(wǎng)絡(luò)的形式，延伸到四周[2]。然后在其連接樹木比較少的范圍內(nèi)，選用星狀網(wǎng)。而注水管網(wǎng)中和注水站的連接管線為干線，其管徑較大。所以在優(yōu)化油田注水管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)布置平行干線，因?yàn)楦删€之間聯(lián)系性較強(qiáng)時(shí)，會(huì)成為環(huán)狀網(wǎng)，進(jìn)而在某管線被損壞時(shí)，影響其他管線的正常注水。在此基礎(chǔ)上優(yōu)化油田注水管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，能夠通過節(jié)約注水管網(wǎng)損耗，優(yōu)化整體注水系統(tǒng)。

2.2 通過水力計(jì)算優(yōu)化注水管網(wǎng)

在當(dāng)前階段，針對(duì)油田注水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)趨勢(shì)，主要是通過解環(huán)法的機(jī)算求解方式，提高水力計(jì)算效率。解環(huán)法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其未知量為環(huán)校中的正流量。而管網(wǎng)中基環(huán)個(gè)數(shù)可作為矯正流量的方程個(gè)數(shù)，方程數(shù)最少應(yīng)為N-M+1個(gè)。之后通過迭代方式，對(duì)方程組進(jìn)行求解，進(jìn)而分析不同基環(huán)的矯正流量。然后根據(jù)所求流量，分析流量、節(jié)點(diǎn)壓力的關(guān)系，以此解出節(jié)點(diǎn)水壓，此為解節(jié)點(diǎn)法。和解節(jié)點(diǎn)法不同的時(shí)，解環(huán)法具有計(jì)算效率高，并且方程數(shù)量少的優(yōu)勢(shì)，并且在合理流量初分鐘，可以收斂速度，具有較強(qiáng)可靠性。

計(jì)算步驟：第一，初始流量的分配：在對(duì)初始流量進(jìn)行分配時(shí)，主要選用平方和法，此類方法的應(yīng)用核心，是通過求解的方式，將平衡節(jié)點(diǎn)流量為約束條件，水頭損失小為目標(biāo)。第二，管道流向的判定：技術(shù)人員通過差積法分析管道順時(shí)針和逆時(shí)針的方向。具體來說，首先選取環(huán)中所有中心點(diǎn)的和，取其平均值，然后將其定義為o點(diǎn)。之后，將管道末端和起點(diǎn)的向量定位p1-p2，并計(jì)算op1乘以p2，若是所求結(jié)果小于0的話，則代表管道是順時(shí)針方向，若是所求結(jié)果大于0的話，代表著管道方向應(yīng)該為逆時(shí)針。第三，通過管段流量的方程組，矯正問題并求解。第四，根據(jù)油田注水井，計(jì)算實(shí)例，分析注水管網(wǎng)優(yōu)化的可行性。

2.3 分析地勢(shì)和注水管網(wǎng)的優(yōu)化關(guān)系

在油田注水管網(wǎng)優(yōu)化過程中，多數(shù)研究人員都假定油田地勢(shì)平坦，沒有重視地勢(shì)起伏和注水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)系。但是在油田實(shí)際開發(fā)中，并不能確保開發(fā)工作僅在平地開展，所以在優(yōu)化注水管網(wǎng)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)地區(qū)內(nèi)部的山地、洼地特點(diǎn)，在計(jì)算中將其視為約束條件，保障注水管網(wǎng)優(yōu)化方案的可行性、有效性。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，根據(jù)對(duì)現(xiàn)階段油田注水管網(wǎng)優(yōu)化現(xiàn)狀的分析，我們可以得出注水管網(wǎng)的優(yōu)化尚存在不全面的情況，所以存在算法使用效率低的情況。因此，相關(guān)人員應(yīng)重視地勢(shì)以及其他約束條件對(duì)注水管網(wǎng)的影響作用，通過進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)、參數(shù)優(yōu)化，提高注水管網(wǎng)優(yōu)化質(zhì)量，保障油田開采工作的可靠性和安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘永偉.油田注水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行方法[J].石油石化節(jié)能，2018，86（04）：48-50.

[2]楊宙.油田地面注水系統(tǒng)的優(yōu)化技術(shù)探討[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37（12）：169-170.