油田生產系統整體優化理論與方法

在油田進入高含水后期開采階段以后,油田面臨著液油比急劇增長,產液量大幅度上升,地面工程難以適應,維持油田穩產的措施工作量和費用明顯增大等諸多困難。為了實現油田的可持續發展,必須對各項增產措施進行優化部署,更加合理地安排油田開發工作。 本論文在分析現有油田開發規劃優化模型的基礎上,根據油氣儲運、油藏工程和采油工程的基本理論和方法,結合油田開發的系統特征和已有方法在處理多目標多階段多子系統問題上的局限性,利用系統工程方法、zui優化理論和節點分析方法,建立水驅和聚驅條件下,綜合考慮經濟效益、成本、產量、可采儲量等多目標決策模型,通過求解這種大系統優化模型,將地面服從地下、地下兼顧地面的思想模型化、定量化,從而得到油田生產的整體優化方案,按照優化方案,對目前存在“大馬拉小車”等現象的地面系統、處于特高含水階段且水驅剩余油分布不均勻的油藏系統和與之相適應的油、水井系統進行改造,對新投產的井網進行優化設計,從而大幅度降低油田開發成本,提高經濟效益和油田開發水平。 由于油田生產系統的復雜性,若直接建立起優化模型,所得到的將是一個包括大量數學方程、數據、曲線、管網和油層約束條件的龐大的數學模型,在現有的計算條件下求解這樣的zui優化模型會耗費大量的機時,很難在生產中推廣應用。本論文根據大系統的分解——協調原理,把油田生產系統分為地面注入系統、注入井井身系統、油藏系統、油井舉升系統和地面油氣水處理與集輸系統等5 個子系統。在每一個子系統中,流體的流動受多種因素的制約,多因素綜合影響的結果,使得系統處于一種動態的協調狀態。5 個子系統中相鄰兩個系統存在一個輸入和輸出的接口,通過這一接口相互影響和制約。 引入節點分析方法,把油田生產系統的5 個子系統用4 個節點相連接,其中每一個結點把相鄰的兩個系統分為上游系統和下游系統,節點既是上游系統的出口,也是下游系統的入口,在節點處,兩個系統進行流體傳遞,對應的動態指標是流量和壓力。在節點分析的基礎上,利用系統工程方法和zui優化理論,對每一個子系統確定目標函數和約束條件,建立zui優化模型。 通過對油田地面注水系統的分析,確定了地面注水系統的流程及其中各個部分的特點,在此基礎上,利用相應的參數、公式、圖形,建立了綜合考慮注入水處理站、配水間、管線等中流體壓力、流速、溫度等變化規律的地面注水系統優化模型;根據地面油、氣、水集輸處理系統流程,構建了包括管、罐、站的流體壓力、溫度、流速變化的數學模型;分析了井身壓力、流速、溫度梯度、流動阻力的變化,根據注入井、采油井舉升結構及各部分的特點,建立了注入井和采油井舉升優化模型;在兩維兩相流數值模擬分析的基礎上,建立了油藏系統的優化模型,并結合動態劈分方法構建了滿足油藏生產系統優化需要的沉積單元剩余油分布和分層動態指標預測模型,編制了相應的軟件;利用模糊數學方法建立了考慮注水系統和采油井舉升系統動態特征的分層措施方案優選模型。　 考慮控制變量的實際取值,求得了各個子系統模型的解。在此基礎上,考慮到子系統間的連接關系,