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《东北石油大学》 2011年
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注水系统生产状态智能分析与运行优化技术研究

张瑞杰  
【摘要】:油田注水系统是大型、密闭、复杂的水动力系统,覆盖面积广,规模庞大,每天都源源不断地向地下输送着大量的液体,同时系统本身也消耗着大量的能量。无论管网系统的规划设计,还是生产运行,都需要对系统进行模拟分析,以便进行科学的指导和决策,否则,动力设备的运行状况与管网可能协调不佳,对管网中流体的运送产生限制或干扰,影响系统的运行效率,动力设备的能耗过高。随着注水系统规模的不断扩大、注水管线的日益更新以及注水泵控制新技术的应用,也使得对注水系统的研究上升到了一个新的层次。采用智能化的方法对注水系统进行分析和优化,是实现油田注水系统先进管理、科学决策及经济运行的关键。论文开展了以下的研究工作: 油田注水系统管网模型的建立与解算。根据有限元法的原理,将注水管网系统离散化,对普通水管线、热水管线和阀门单元建立了水力单元模型,并对热水管线建立了热力单元模型,对单元模型进行必要的转化和线性化处理,形成相同的表达形式,然后对单元模型进行拼装,形成注水管网系统的总体方程组,采用通用性强的迭代法对模型进行解算,较好地实现了复杂注水管网运行状态的仿真模拟。 油田注水管网分压设计研究。针对油田注水系统高低压井混注,为了满足少数高压井的压力需求而提高系统整体运行压力,导致能耗升高的情况,提出采用模糊逻辑的理论来进行管网分压设计,设定模糊论域,建立推理规则,将注水管网划分成高、低压两个区域,进行管网的分压注水。对模糊推理分压模型开展了Matlab仿真和实际应用研究,取得较好的分压效果。 注水系统的运行优化研究。分析注水系统生产运行的特点和约束条件,建立多源系统注水站外输水量优化模型、大型复杂注水系统运行参数优化模型和大型复杂注水系统变频调速及开泵优化方案模型。注水系统的运行优化模型涉及的变量多,具有多个等式约束和不等式约束,而且目标函数是一个多峰非线性函数,求解过程中极容易陷入局部极小点。在当前涌现的智能优化算法中,遗传算法、蚁群算法具有全局搜索能力强的特点、适用于分布计算、具有较好的鲁棒性。但同时又各有优缺点。论文以蚁群算法为基础,结合遗传算法的特点,将二者有效融合,形成了新型自适应蚁群遗传混合算法,能够有效提高收敛速度。利用该算法对三种运行优化模型进行了解算,验证了算法的可行性和有效性。 以上研究成果均在油田现场得到了应用和验证,得到了较好的运行效果。
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