油田注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化決策技術與方法

本書共6章，內容主要包括油田注水管網生產狀態(tài)仿真模擬方法、注水管網系統(tǒng)故障智能診斷技術、注水管網評價方法、油田注水系統(tǒng)優(yōu)化調度技術、油田注水系統(tǒng)欠注井群增壓方案設計與優(yōu)化方法等。
本書可作為油田現場從事與水系統(tǒng)相關的設計、生產和管理人員的工具書，也可供高等院校機械、自動化、儲運和油氣田地面工程專業(yè)等師生閱讀參考。

注水系統(tǒng)是石油開發(fā)生產過程中非常重要的一個生產系統(tǒng)。石油生產企業(yè)在開發(fā)生產過程中，為了維持穩(wěn)定的地層開采壓力，要消耗大量的水。為了維持水系統(tǒng)的運行，還要消耗大量的能源，同時也存在安全、環(huán)保等方面的諸多問題。
我國早在20世紀60年代中期就開始重視這方面的問題，隨著我國陸上油田多數進入開發(fā)中后期，注水系統(tǒng)的作用日益突出。目前，我國石油生產企業(yè)的水系統(tǒng)規(guī)模及處理能力居世界領先地位，注水系統(tǒng)網絡覆蓋面積通常達幾十平方公里，管線長度達幾百至上千公里，網絡上分布有水源、聯合站、污水站、注水站、水井等多種類型單元。這樣一個復雜龐大的系統(tǒng)，其狀態(tài)隨生產情況動態(tài)變化而變化，要維持其合理高效運行是十分困難的。
自20世紀90年代中期，東北石油大學系統(tǒng)開展了大規(guī)模復雜油田注水系統(tǒng)建模、仿真、故障診斷、優(yōu)化決策等多方面研究工作，積累了較多有價值的研究成果，以此為基礎構成本書基本內容，這些對于推動我國石油工業(yè)可持續(xù)開發(fā)生產具有十分重要的意義。
全書共6章，第1章為緒論，第2章介紹油田注水管網生產狀態(tài)仿真模擬方法，第3章介紹注水管網系統(tǒng)故障智能診斷技術，第4章介紹注水管網評價方法，第5章介紹油田注水系統(tǒng)優(yōu)化調度技術，第6章介紹油田注水系統(tǒng)欠注井群增壓方案設計與優(yōu)化方法。第1章由王妍等編寫，第2章和第5章由張瑞杰等編寫，第3章和第6章由任永良等編寫，第4章由高勝等編寫。在編寫過程中，孫凱、李杰、許彥飛、吳磊、祝洪偉、鄭文等研究生也參與了相關章節(jié)的整理工作，在此表示感謝。
本書得到了國家重點研發(fā)項目(2016YFE0102400)的資助，編寫過程中參閱和引用了國內外同行的文獻資料，在此一并表示衷心感謝。
由于作者水平有限，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。

著者

第1章 緒論 1
1.1 注水系統(tǒng)的作用 1
1.2 注水系統(tǒng)的組成 2
1.3 注水系統(tǒng)的流程 3

第2章 油田注水管網生產狀態(tài)仿真模擬 6
2.1 注水管網拓撲結構的構建 6
2.1.1 注水系統(tǒng)拓撲網絡圖的生成 6
2.1.2 注水系統(tǒng)計算機圖形建模 7
2.2 注水系統(tǒng)基本單元數學模型 8
2.2.1 注水泵的數學模型 8
2.2.2 管線單元的數學模型 14
2.2.3 閥門單元的數學模型 17
2.3 注水管網系統(tǒng)仿真模型 25
2.3.1 仿真模型的構建 25
2.3.2 特性矩陣K 的特點 27
2.3.3 仿真模型的解算 28
2.4 油田注水管網病態(tài)參數修正 31
2.4.1 油田注水管網參數反演的數學模型建立 32
2.4.2 管網壓力監(jiān)測點的分布規(guī)律 32
2.4.3 基于粒子群算法的油田注水管網摩阻系數反演 34
2.4.4 基于模擬退火算法的油田注水管網摩阻系數反演 36
2.4.5 實例計算 39

第3章 注水管網系統(tǒng)故障智能診斷 49
3.1 注水管網系統(tǒng)故障及原因分析 49
3.1.1 注水站故障 49
3.1.2 注水井故障 50
3.1.3 注水管網故障 51
3.1.4 注水系統(tǒng)故障樹 53
3.1.5 診斷依據和解決措施 55
3.2 BP 神經網絡 56
3.2.1 BP神經網絡原理 56
3.2.2 BP神經網絡算法流程 58
3.2.3 BP神經網絡在管網診斷中的應用 64
3.3 自適應差分進化算法（SDE） 64
3.3.1 SDE進化算法原理 64
3.3.2 SDE進化算法流程 66
3.4 SDE-BP 故障診斷 67
3.4.1 SDE-BP故障診斷模型 67
3.4.2 SDE-BP算法流程 69
3.4.3 故障診斷案例 71
3.5 管網漏損診斷 77
3.5.1 常用管網漏損檢測設備 78
3.5.2 注水管網漏損狀態(tài)模擬 79
3.5.3 貝葉斯正則化優(yōu)化BP神經網絡 81
3.5.4 管網漏損點定位 83
3.5.5 管網漏損檢測模擬 85

第4章 注水管網評價方法 87
4.1 注水管網評價基本原則 87
4.1.1 注水管網可靠性評價標準 87
4.1.2 注水管網充分性評價標準 88
4.1.3 注水管網有效性評價標準 88
4.2 注水系統(tǒng)能耗計算方法及效率分析 89
4.2.1 注水泵系統(tǒng) 89
4.2.2 注水站效率 90
4.2.3 配水間能量損失及其效率計算 90
4.2.4 注水站至配水間的管網效率 91
4.2.5 注水系統(tǒng)的效率 91
4.2.6 注水系統(tǒng)評價方法 91

第5章 油田注水系統(tǒng)優(yōu)化調度技術 94
5.1 注水泵在管網中的調控方法 94
5.1.1 管路特性曲線 94
5.1.2 注水泵在管網中運行的工作點 95
5.1.3 注水泵的調控方法 95
5.2 新型自適應蟻群遺傳混合算法的提出 98
5.2.1 遺傳算法 98
5.2.2 蟻群算法 106
5.2.3 遺傳算法與蟻群算法融合的基本思想 112
5.3 多源系統(tǒng)注水站外輸水量優(yōu)化 118
5.3.1 優(yōu)化模型的建立 118
5.3.2 約束條件的處理和轉化 119
5.3.3 優(yōu)化模型的求解 120
5.3.4 計算實例 123
5.4 大型復雜注水系統(tǒng)運行參數優(yōu)化 125
5.4.1 優(yōu)化模型的建立 126
5.4.2 約束條件的處理和轉化 127
5.4.3 優(yōu)化模型的求解 128
5.4.4 計算實例 129
5.5 大型復雜注水系統(tǒng)變頻調速及運行方案優(yōu)化 130
5.5.1 注水泵變頻調速的原理 130
5.5.2 優(yōu)化模型的建立 132
5.5.3 約束條件的處理和轉化 134
5.5.4 優(yōu)化模型的求解 135
5.5.5 計算實例 138

第6章 油田注水系統(tǒng)欠注井群增壓方案設計與優(yōu)化 141
6.1 高壓區(qū)增壓注水方案設計與優(yōu)化 142
6.1.1 欠注井的確定 142
6.1.2 增壓注水 142
6.1.3 增壓注水形式 144
6.1.4 增壓注水形式的選擇 146
6.1.5 增壓注水管網優(yōu)化布局 146
6.1.6 增壓站壓力、流量的設定 154
6.1.7 增壓站與低壓干線間的連接 155
6.1.8 增壓泵的選擇 156
6.1.9 增壓設計優(yōu)化 158
6.2 低壓區(qū)注水系統(tǒng)運行優(yōu)化 162
6.2.1 低壓區(qū)注水站運行優(yōu)化分析 162
6.2.2 注水泵最優(yōu)工況調節(jié) 163
6.2.3 注水泵特性曲線修正 164
6.2.4 注水泵運行參數優(yōu)化 167
6.3 增壓注水評價 170
6.3.1 合理性分析 170
6.3.2 經濟運行分析 173
6.4 實例應用 174
6.4.1 欠注井增壓設計 174
6.4.2 注水系統(tǒng)運行優(yōu)化 183
6.4.3 增壓注水評價 185

參考文獻 187