基于智能算法的油田注水系统运行优化研究

作     者：张兆鑫 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王妍;王树庆

授予年度：2021年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 081202[工学-计算机软件与理论] 

主      题：油田 注水系统 优化 粒子群算法 模拟退火算法 

摘      要：目前,注水驱油在我国陆上油田的开采过程中占据重要位置。注水的目的在于保持地层压力,维持产量。但注水系统的耗电量巨大,随着油田进入高含水开发后期,其能耗亦将持续增加,因此,降低油田注水系统的能耗对油田开发具有重要意义。目前,油田注水系统运行方案的调整主要依靠管理人员经验,随着注水量的变化,注水泵运行状态与参数的调整往往是不及时且不合理的,造成管网效率低,能耗增加。故而运用智能算法对注水系统运行进行优化,提高系统运行效率,降低注水能耗。论文主要研究内容如下:首先,注水系统仿真是油田优化问题的基础,优化计算依赖仿真的结果。故而研究、分析了注水系统管网的结构特点,建立了各组成单元的数学模型,根据能量守恒方程,得出了注水系统管网的总体方程组,并采用简单迭代法求解,从而确定了注水系统管网中各个节点的压力、流量等参数值,并通过实验管网进行计算验证。其次,在注水系统仿真模拟的基础上,以注水能耗最小为目标函数,以供注水量、泵排量、注水井压力等为约束条件,通过外部罚函数法处理约束条件,分析油田注水系统运行参数优化数学模型,分别建立粒子群算法与模拟退火算法的优化模型,以扶余油田实际生产数据为基础,进行实例计算,验证方法的可行性。再次,进行注水系统运行方案优化问题研究,运行方案的优化包含0-1二进制离散变量与连续变量,为混合变量约束优化问题。以耗电量最小为目标函数,以供注水量平衡、泵排量约束等为约束条件,通过外部罚函数法处理约束条件,建立了油田注水系统运行方案优化数学模型,并针对问题特点,对粒子群算法与模拟退火算法进行了改进,并将退火与抽样过程加入粒子群算法中,形成了混合模拟退火粒子群算法,以扶余油田为例进行优化计算,结果表明,注水能耗降低,方法切实可行。最后,基于以上理论研究内容,利用C++Builder语言开发了油田注水系统运行优化软件,对大庆油田采油六厂进行优化研究,实例计算结果表明算法有效、软件可靠。