油田注水系统仿真与优化控制研究
【摘要】：
油田注水系统是一大规模复杂流体网络系统，随着油田进入高含水开发阶段，注水系统耗能日益严重，如何优化系统运行已成为当务之急。本文从工业实际应用出发，提出了注水系统仿真、优化与控制集成方案，建立了注水系统仿真、优化与实时最优控制的数学模型，给出了相应的节点压力平衡仿真计算方法、约束变尺度优化计算方法及模式搜索最优控制方法，并首次将大功率高压变频器应用到油田注水系统，同时，注水站采用微机巡控技术以确保注水泵管压差控制在合理范围内，通过大庆杏南油田注水系统的应用，现场测试结果表明，本文所建立的数学模型正确，计算方法合理，计算精度能够满足油田实际工程应用，生产应用节能效果显著。
【关键词】：油田 注水系统 仿真 优化 变频器 【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TP391.9
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2003.032662
【目录】：
- 第1章 绪论10-18
- 1．1 选题的背景10
- 1．2 油田注水系统的能量损耗10-13
- 1．2．1 油田注水系统能耗分布10-11
- 1．2．2 注水系统各部分能量损耗在运动中的关系11-13
- 1．3 杏南油田注水系统优化运动技术的确定13-15
- 1．3．1 杏南油田注水系统存在的问题13-14
- 1．3．2 油田注水系统优化运行需解决的问题14-15
- 1．3．3 提高注水系统支行效率的技术措施15
- 1．4 论文研究的目的及主要内容15-17
- 1．4．1 论文的研究目的15-16
- 1．4．2 本课题的主要内容16-17
- 1．5 本章小节17-18
- 第2章 油田注水系统仿真研究18-38
- 2．1 油田注水概述18-20
- 2．1．1 油田注水生产流程18-20
- 2．2 系统基本单元数学模型20-22
- 2．2．1 H-Q（杨程—流量）性能曲线21
- 2．2．2 η-Q（效率—流量）性能曲线21
- 2．2．3 N-Q（功率—流量）性能曲线21-22
- 2．3 注水管网的数学模型22-26
- 2．3．1 管元的数学模型22-25
- 2．3．2 管网的数学模型25-26
- 2．3．2．1 枝状管系25
- 2．3．2．2 环状管网25-26
- 2．4 系统仿真数学模型26-34
- 2．4．1 形成油田注水管网系统总体方程26-31
- 2．4．1．1 节点、单元编号、单元方程26-27
- 2．4．1．2 总体方程27-31
- 2．4．2 油田流水管网系统的简化31-34
- 2．4．2．1 注水管网系统的结构特点32
- 2．4．2．2 注水管网系统的简化策略32
- 2．4．2．3 示例32-34
- 2．5 系统仿真数学模型的计算34-37
- 2．6 本章小结37-38
- 第3章 油田注水系统优化运行研究38-56
- 3．1 系统优化数学模型38-40
- 3．2 系统优化数学模型的计算40-55
- 3．2．1 约束条件的转化40-42
- 3．2．2 二层递价迭代一约束尺度优化方法42-43
- 3．2．3 约束变尺度法43-55
- 3．2．3．1 算法原理44-53
- 3．2．3．2 算法步骤53-55
- 3．3 本章小结55-56
- 第4章 注水实时最优控制系统组成及应用56-76
- 4．1 油田注水系统实时分布式最优控制工作原理56-58
- 4．2 实时分布式最优控制系统的组成58-62
- 4．3 大功率高压变频器应用效益研究62-68
- 4．3．1 变频器的节电原理62-65
- 4．3．1．1 阀门控制62-63
- 4．3．1．2 调速装置控制63
- 4．3．1．3 节能效果对比63-65
- 4．3．2 高压变频器应用位置及数量的确定65-68
- 4．4 注水站微机巡探技术应用研究68-75
- 4．4．1 微机巡控系统组成及原理68-70
- 4．4．2 注水站微机巡控系统硬件设计70-72
- 4．4．2．1 设计思想70
- 4．4．2．2 采取的措施70-72
- 4．4．3 注水站微机巡控系统的软件设计72-75
- 4．4．3．1 软件设计思想及结构72-73
- 4．4．3．2 软件辅助功能73-75
- 4．4．4 系统抗干扰设计75
- 4．5 本章小结75-76
- 第5章 优化仿真系统的设计76-83
- 5．1 仿真程序设计76-78
- 5．1．1 图形建模模块76
- 5．1．2 边界参数模块76-77
- 5．1．3 仿真计算模块77
- 5．1．4 管网验证模块77
- 5．1．5 仿真运行模块77
- 5．1．6 结果分析模块77-78
- 5．2 优化程序设计78-80
- 5．2．1 参数提取模块78
- 5．2．2 注水泵特性模块78-79
- 5．2．3 大系统自动划分模块79
- 5．2．4 流量分配模块79
- 5．2．5 约束条件输入模块79
- 5．2．6 优化运行模块79
- 5．2．7 结果输出模块79-80
- 5．3 实时分布式最优控制程序设计80-82
- 5．3．1 采集模块80
- 5．3．2 容错模块80
- 5．3．3 状态模块80-81
- 5．3．4 显示模块81
- 5．3．5 优化模块81-82
- 5．3．6 控制模块82
- 5．3．7 输出模块82
- 5．3．8 报警模块82
- 5．3．9 配置模块82
- 5．4 本章小结82-83
- 第6章 应用效果及经济效益分析83-89
- 6．1 应用效果83-87
- 6．2 经济效益分析87-88
- 6．3 本章小结88-89
- 结论89-90
- 参考文献90-93
- 攻谢硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果93-94
- 致谢94-95
- 个人简历95
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