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油田注水系统仿真与运行优化研究

作　者: 张和烽
导　师: 鄢烈祥
学　校: 武汉理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 油田注水管网运行优化列队竞争算法罚函数法
分类号: TE357.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

注水是油田开采的重要方式之一。由于注水需要消耗大量的电能,随着国内各大油田逐渐进入高含水期开发阶段,注水量还将会继续增加,这势必会造成油田用电紧张的局面。为了适应不同时期的注水量变化要求,油田注水系统的运行方案和运行参数需要经常性的调整。油田注水管网系统属于大规模、复杂、非线性的流体网络系统。因此,对油田注水系统的优化运行技术进行研究将有助于提高注水系统的运行效率并降低其能耗,从而实现油田注水系统的高效运行,对油田的实际生产有着重要的意义。本文建立了注水系统的仿真模型,该模型主要基于流体力学理论和有限元分析的方法,通过对注水系统的管元进行分析,再根据油田注水系统管网的拓扑结构特点,利用水力平衡原理建立表示注水系统运行状态各参数之间的仿真计算数学模型,并根据模型的特点来探讨该模型的求解策略和方法。由于注水系统经过长时间的运行,管网中局部的管段出现了不同程度上的结垢和腐蚀情况,这使管网内部的摩阻系数发生了变化,导致理论仿真结果与实测值出现较大的偏差。本文基于这类问题提出了管网校核模型,通过把由于水力参数改变而导致的误差转化为等效管长的思想,将误差求解问题转化为优化问题,并采用列队竞争算法进行求解,对原仿真模型进行纠正。由于油田注水系统的运行优化问题涉及到离散的整数变量(开泵方案)和连续变量(泵的排量),本文建立了注水系统的运行的优化模型,该模型以注水能耗最小为目标函数,将注水泵的开泵方案和泵的排量作为优化对象,以管网水力平衡、注水量和注水压力等作为约束条件。该模型是一个复杂的混合整数非线性规划问题,采用列队竞争算法进行求解。最后,基于以上的理论基础,采用MATLAB作为开发工具,将整个系统的仿真,校核与运行优化模型通过计算机来实现,并开发了油田注水系统仿真与优化计算软件,通过一定的计算实例验证了该软件的可行性,为提高油田的经济效益提供了可靠保障。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-20
  1.1 油田注水系统的研究目的和意义  9-10
  1.2 油田注水系统的现状和存在的问题  10-12
    1.2.1 油田注水系统的现状  10-11
    1.2.2 油田注水系统存在的普遍问题  11-12
  1.3 油田注水系统能耗分析以及相应对策  12-14
    1.3.1 注水系统能耗分析  12
    1.3.2 注水系统节能降耗的对策  12-14
  1.4 油田注水系统国内外研究现状  14-17
  1.5 最优化的发展与研究意义  17-18
  1.6 论文的主要研究目标和研究内容  18-20
第2章油田注水系统仿真技术  20-38
  2.1 注水系统仿真概述  20
  2.2 油田注水系统工艺流程概述  20-23
  2.3 油田注水系统基本水力元件和数学模型  23-26
    2.3.1 管元的数学模型  23-25
    2.3.2 附属单元的数学模型  25-26
    2.3.3 节点单元模型  26
  2.4 油田注水系统管网模型简化  26-28
    2.4.1 注水管网系统的结构特点  27
    2.4.2 注水管网系统的简化策略  27
    2.4.3 注水管网系统简化示例  27-28
  2.5 油田注水管网系统仿真模型的总体方程  28-32
  2.6 油田注水系统仿真模型求解  32-35
    2.6.1 总体方程组的求解策略  32-33
    2.6.2 仿真模型的求解方法  33-35
    2.6.3 管网系统的压力调节  35
  2.7 油田注水系统仿真模型实例计算  35-37
  2.8 本章小结  37-38
第3章油田注水系统管网管段校核模型  38-47
  3.1 问题的提出  38
  3.2 油田注水系统管网管段校核模型建立  38-39
  3.3 列队竞争算法概述  39-41
  3.4 油田注水系统管网管段校核模型求解  41-43
    3.4.1 校核模型的具体求解步骤  41-42
    3.4.2 列队竞争算法的计算框图  42-43
  3.5 油田注水系统管网管段校核实例计算  43-46
  3.6 本章小结  46-47
第4章油田注水系统泵站运行优化技术  47-57
  4.1 油田注水系统泵站运行优化模型建立  47-50
    4.1.1 目标函数  47-48
    4.1.2 约束条件  48-50
  4.2 油田注水系统泵站运行优化模型的求解  50-54
    4.2.1 外部罚函数法  50-51
    4.2.2 列队竞争算法的求解步骤  51-54
    4.2.3 列队竞争算法求解的计算框图  54
  4.3 实例计算  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第5章油田注水系统优化软件编译  57-65
  5.1 油田注水系统优化软件设计方案简介  57-58
  5.2 油田注水系统仿真与优化软件的开发与运行环境  58
  5.3 油田注水系统优化软件的组成和功能  58-64
  5.4 本章小结  64-65
第6章结论与展望  65-67
  6.1 结论  65-66
  6.2 展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
攻读硕士期间发表论文及参与的科研情况  72

油田注水系统仿真与运行优化研究

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