海上油田開發生產系統分布式模擬方法
2023-09-19 07:36:35
專利名稱：海上油田開發生產系統分布式模擬方法
技術領域：
本發明涉及一種海上油田開發生產系統，特別涉及一種海上油田開發生產系統分
布式模擬方法。
二背景技術：
目前，我國海上稠油油田的開發逐漸進入中後期，為保證油田的高效開發，需要採 用一系列井網加密、綜合調整配套以及老油田綜合挖潛技術等措施，隨著這些技術的不斷 實施，海上稠油油田開發生產過程中的矛盾也不斷暴露出來(l)隨著井網加密、酸化等措 施的實施，原有的注入系統已經不能與油藏系統協調工作；(2)隨著井網加密、分層等措施 的實施，必然引起油井產量、壓力、含水率的變化，這就產生了油井舉升系統和油藏系統的 矛盾；(3)隨著舉升系統的優化調整，平面上不同油井點產液、含水、產氣、油壓的變化，對 脫水、脫鹽、油氣集輸等地面油氣處理與集輸系統的要求也隨之改變，特別是加密調整後， 地面油氣集輸和處理能力也要隨之調整；(4)目前，海上稠油油田生產各子系統相對獨立， 協調性差，即使子系統實施了局部優化措施，也無法實現整體系統的優化決策目標。
三
發明內容
本發明的目的就是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種海上油田開發生產系 統分布式模擬方法，應用於海上油田生產優化決策支持系統，可以提高海上油田生產效率， 增加產量。 本發明的技術方案是主要包括以下步驟 (1)通過人機互動設備輸入平臺模擬參數並啟動模擬過程；(2)中心計算機發出 啟動命令，給三個子系統進行模擬；(3)注入系統根據注入泵壓力和注入管網結構，利用多 級迭代方法，從注入泵開始迭代，直到計算出注入井底的壓力、溫度和流量數據，多個注入 井之間並行運算，並利用信號量進行同步；根據上述注入壓力和注入流量，結合油藏信息， 舉升系統根據井底壓力和泵輸入電參數，從井底開始利用多級迭代方法及流體熱力學原理 推算井口壓力、溫度和產量；根據井口壓力溫度和產量信息，結合生產管網結構，對外輸管 網壓力進行迭代計算，根據各個生產井井口壓力、流量情況，採用流體力學原理計算總的產 量；(4)將上述三個系統模擬結果生成的最終產量與設定的產量進行對比，輸入一個產量 閉環控制系統，採用基本的PID調節與分段模糊控制調節相結合的方法，計算出注水井、生 產井的泵送電功率，作為模擬過程新的參數輸入，完成閉環控制；(5)對模擬過程和最終優 化結果將通過大屏幕中運行的組態軟體進行顯示。
上述技術方案採用的控制流程包括如下 首先初始化一組泵送電參數，分別輸入到注入井子系統、井筒舉升系統和油氣集 輸系統，根據系統設備模型，對產量進行模擬計算；將計算得到的產量與設定產量進行對 比，得到產量誤差，將產量誤差送入到優化算法進行優化；優化算法採用該分段模糊控制和 基本的PID控制相結合的方法進行優化處理，進而繼續調節泵送電參數，從而調節當前產量，形成一個閉環空桌子過程。 其中，上述的子系統分別是注入井子系統、井筒舉升子系統和油氣集輸子系統。
注入井子系統中的注水分為合注和分層注水兩種方式，合注是在同一壓力條件下 對各吸水層實施籠統注水；分注就是針對各油層不同的滲透性能進行控制注水，對滲透性 好吸水能力強的層適當的控制注水；對滲透性差、吸水能力弱的層加強注水。
井筒舉升子系統利用節點將油層、套管、分離器、電機、泵、油管、油嘴等設備聯繫 在一起，通過堆積木方式構建系統，並實現整個子系統的模擬與分析。 油氣集輸子系統包括熱力學計算模型、水力學計算模型、混輸管網工藝計算模型、 混輸管網參數優化計算模型和物流計算模型。 本發明的有益效果是建立了相對應的生產系統工況模擬模型，並在平臺當前生 產參數的基礎上對產量進行優化，提高了模擬產量，降低了系統能耗；在理論研究上建立了 水上水下一體化、非線性、多目標、多變量的系統優化決策數學模型，並採用大系統優化理 論、模糊數學等方法實現大系統優化分級求解和並行運算模擬過程。
四
附圖1是本發明的控制流程的示意圖；
附圖2是本發明的井筒舉升子系統得結構圖；
附圖3是本發明的三大生產系統結關係圖。
五具體實施例方式
本發明的技術方案是主要包括以下步驟(l)通過人機互動設備輸入平臺模擬參 數並啟動模擬過程；(2)中心計算機發出啟動命令，給三個子系統進行模擬；(3)注入系統 根據注入泵壓力和注入管網結構，利用多級迭代方法，從注入泵開始迭代，直到計算出注入 井底的壓力、溫度和流量數據，多個注入井之間並行運算，並利用信號量進行同步；根據上 述注入壓力和注入流量，結合油藏信息，舉升系統根據井底壓力和泵輸入電參數，從井底開 始利用多級迭代方法及流體熱力學原理推算井口壓力、溫度和產量；根據井口壓力溫度和 產量信息，結合生產管網結構，對外輸管網壓力進行迭代計算，根據各個生產井井口壓力、 流量情況，採用流體力學原理計算總的產量；(4)將上述三個系統模擬結果生成的最終產 量與設定的產量進行對比，輸入一個產量閉環控制系統，採用基本的PID調節與分段模糊 控制調節相結合的方法，計算出注水井、生產井的泵送電功率，作為模擬過程新的參數輸 入，完成閉環控制；(5)對模擬過程和最終優化結果將通過大屏幕中運行的組態軟體進行 顯示。 參照附圖l，本發明採用的控制流程包括如下 首先初始化一組泵送電參數，分別輸入到注入井子系統、井筒舉升系統和油氣集 輸系統，根據系統設備模型，對產量進行模擬計算；將計算得到的產量與設定產量進行對 比，得到產量誤差，將產量誤差送入到優化算法進行優化；優化算法採用該分段模糊控制和 基本的PID控制相結合的方法進行優化處理，進而繼續調節泵送電參數，從而調節當前產 量，形成一個閉環空桌子過程。 其中，上述的子系統分別是注入井子系統、井筒舉升子系統和油氣集輸子系統。
(1)注入井子系統中的注水分為合注和分層注水兩種方式，合注是在同一壓力條
件下對各吸水層實施籠統注水；分注就是針對各油層不同的滲透性能進行控制注水，對滲
透性好吸水能力強的層適當的控制注水；對滲透性差、吸水能力弱的層加強注水，儘量使注
入水在高、中、低滲透層中發揮應有的作用。 注入井模型研究①建立吸水能力數學模型 根據現場實際生產參數，結合滲流力學、油藏工程、注水工程理論技術，建立注水
層位吸水能力數學模型。 ②建立井筒壓力分布數學模型 按照水力學計算方法、管流理論技術，建立注入井井筒壓力分布計算模型。
③建立井下設備工具工況分析數學模型
主要包括注入管柱、封隔器、配水器等數學模型 (2)參照附圖2，井筒舉升子系統利用節點將油層、套管、分離器、電機、泵、油管、 油嘴等設備聯繫在一起，單井舉升子系統模型是海上油田舉升系統優化決策的基礎，既可 以實現對單個設備單元的模擬計算，而且通過堆積木方式構建系統，並實現整個子系統的 模擬與分析，模型簡單、直觀、方便。
(3)油氣集輸子系統包括熱力學計算模型、水力學計算模型、混輸管網工藝計算模 型、混輸管網參數優化計算模型和物流計算模型。
大屏幕顯示軟體特徵如下 利用Cft編寫應用程式，在大屏幕中顯示的動態數據由組態軟體天工組態實現。實 現了通過在內核發送windows irq的方式，利用VC#控制VB程序和組態軟體的工作和顯 示。組態支持通過ODBC標準可與其他任何標準資料庫進行數據交換，這裡面包括我們用到 的Oracle資料庫等。這樣可以方便地把標準資料庫中數據批次地採到天工組態上來，同時 把天工組態自身的數據送到標準資料庫中。 本發明(1)針對"旅大5-2"海上生產平臺建立了與之相對應的生產系統工況模擬 模型，並在平臺當前生產參數的基礎上對產量進行優化，使模擬產量提高了 2%，系統能耗 降低了5%。 (2)針對綏中36-l海上生產平臺建立了與之相對應的生產系統工況模擬模型， 並在平臺當前生產參數的基礎上對產量進行優化，使模擬產量提高了 3%，系統能耗降低了 9%。 (3)在理論研究上建立了水上水下一體化、非線性、多目標、多變量的系統優化決策數 學模型，並採用大系統優化理論、模糊數學等方法實現大系統優化分級求解和並行運算模 擬過程。
權利要求
一種海上油田開發生產系統分布式模擬方法，其特徵是主要包括以下步驟(1)通過人機互動設備輸入平臺模擬參數並啟動模擬過程；(2)中心計算機發出啟動命令，給三個子系統進行模擬；(3)注入系統根據注入泵壓力和注入管網結構，利用多級迭代方法，從注入泵開始迭代，直到計算出注入井底的壓力、溫度和流量數據，多個注入井之間並行運算，並利用信號量進行同步；根據上述注入壓力和注入流量，結合油藏信息，舉升系統根據井底壓力和泵輸入電參數，從井底開始利用多級迭代方法及流體熱力學原理推算井口壓力、溫度和產量；根據井口壓力溫度和產量信息，結合生產管網結構，對外輸管網壓力進行迭代計算，根據各個生產井井口壓力、流量情況，採用流體力學原理計算總的產量；(4)將上述三個系統模擬結果生成的最終產量與設定的產量進行對比，輸入一個產量閉環控制系統，採用基本的PID調節與分段模糊控制調節相結合的方法，計算出注水井、生產井的泵送電功率，作為模擬過程新的參數輸入，完成閉環控制；(5)對模擬過程和最終優化結果將通過大屏幕中運行的組態軟體進行顯示。
2. 根據權利要求1所述的海上油田開發生產系統分布式模擬方法，其特徵是採用的 控制流程包括如下首先初始化一組泵送電參數，分別輸入到注入井子系統、井筒舉升系統和油氣集輸系 統，根據系統設備模型，對產量進行模擬計算；將計算得到的產量與設定產量進行對比，得到產量誤差，將產量誤差送入到優化算法 進行優化；優化算法採用該分段模糊控制和基本的PID控制相結合的方法進行優化處理，進而繼 續調節泵送電參數，從而調節當前產量，形成一個閉環空桌子過程。
3. 根據權利要求1所述的海上油田開發生產系統分布式模擬方法，其特徵是所述的 子系統分別是注入井子系統、井筒舉升子系統和油氣集輸子系統。
4. 根據權利要求3所述的海上油田開發生產系統分布式模擬方法，其特徵是所述的 注入井子系統中的注水分為合注和分層注水兩種方式，合注是在同一壓力條件下對各吸水 層實施籠統注水；分注就是針對各油層不同的滲透性能進行控制注水，對滲透性好吸水能 力強的層適當的控制注水；對滲透性差、吸水能力弱的層加強注水。
5. 根據權利要求3所述的海上油田開發生產系統分布式模擬方法，其特徵是所述的 井筒舉升子系統利用節點將油層、套管、分離器、電機、泵、油管、油嘴等設備聯繫在一起，通 過堆積木方式構建系統，並實現整個子系統的模擬與分析。
6. 根據權利要求3所述的海上油田開發生產系統分布式模擬方法，其特徵是所述的 油氣集輸子系統包括熱力學計算模型、水力學計算模型、混輸管網工藝計算模型、混輸管網 參數優化計算模型和物流計算模型。
全文摘要
本發明涉及一種海上油田開發生產系統分布式模擬方法。主要包括以下步驟(1)通過人機互動設備輸入平臺模擬參數並啟動模擬過程；(2)中心計算機發出啟動命令，給三個子系統進行模擬等步驟。其有益效果是建立了相對應的生產系統工況模擬模型，並在平臺當前生產參數的基礎上對產量進行優化，提高了模擬產量，降低了系統能耗；在理論研究上建立了水上水下一體化、非線性、多目標、多變量的系統優化決策數學模型，並採用大系統優化理論、模糊數學等方法實現大系統優化分級求解和並行運算模擬過程。
文檔編號E21B43/20GK101769148SQ200910256078
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月24日 優先權日2009年12月24日
發明者馮國強, 劉廣孚, 周東民, 唐建鋒, 林日億, 樊靈, 郭亮 申請人:中國石油大學(華東)