專利名稱：海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分布式模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)，特別涉及一種海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分
布式模擬方法。
二背景技術(shù)：
目前，我國海上稠油油田的開發(fā)逐漸進入中后期，為保證油田的高效開發(fā)，需要采 用一系列井網(wǎng)加密、綜合調(diào)整配套以及老油田綜合挖潛技術(shù)等措施，隨著這些技術(shù)的不斷 實施，海上稠油油田開發(fā)生產(chǎn)過程中的矛盾也不斷暴露出來(l)隨著井網(wǎng)加密、酸化等措 施的實施，原有的注入系統(tǒng)已經(jīng)不能與油藏系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作；(2)隨著井網(wǎng)加密、分層等措施 的實施，必然引起油井產(chǎn)量、壓力、含水率的變化，這就產(chǎn)生了油井舉升系統(tǒng)和油藏系統(tǒng)的 矛盾；(3)隨著舉升系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整，平面上不同油井點產(chǎn)液、含水、產(chǎn)氣、油壓的變化，對 脫水、脫鹽、油氣集輸?shù)鹊孛嬗蜌馓幚砼c集輸系統(tǒng)的要求也隨之改變，特別是加密調(diào)整后， 地面油氣集輸和處理能力也要隨之調(diào)整；(4)目前，海上稠油油田生產(chǎn)各子系統(tǒng)相對獨立， 協(xié)調(diào)性差，即使子系統(tǒng)實施了局部優(yōu)化措施，也無法實現(xiàn)整體系統(tǒng)的優(yōu)化決策目標(biāo)。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種海上油田開發(fā)生產(chǎn)系 統(tǒng)分布式模擬方法，應(yīng)用于海上油田生產(chǎn)優(yōu)化決策支持系統(tǒng)，可以提高海上油田生產(chǎn)效率， 增加產(chǎn)量。 本發(fā)明的技術(shù)方案是主要包括以下步驟 (1)通過人機交互設(shè)備輸入平臺模擬參數(shù)并啟動模擬過程；(2)中心計算機發(fā)出 啟動命令，給三個子系統(tǒng)進行模擬；(3)注入系統(tǒng)根據(jù)注入泵壓力和注入管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)，多個注入 井之間并行運算，并利用信號量進行同步；根據(jù)上述注入壓力和注入流量，結(jié)合油藏信息， 舉升系統(tǒng)根據(jù)井底壓力和泵輸入電參數(shù)，從井底開始利用多級迭代方法及流體熱力學(xué)原理 推算井口壓力、溫度和產(chǎn)量；根據(jù)井口壓力溫度和產(chǎn)量信息，結(jié)合生產(chǎn)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對外輸管 網(wǎng)壓力進行迭代計算，根據(jù)各個生產(chǎn)井井口壓力、流量情況，采用流體力學(xué)原理計算總的產(chǎn) 量；(4)將上述三個系統(tǒng)模擬結(jié)果生成的最終產(chǎn)量與設(shè)定的產(chǎn)量進行對比，輸入一個產(chǎn)量 閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用基本的PID調(diào)節(jié)與分段模糊控制調(diào)節(jié)相結(jié)合的方法，計算出注水井、生 產(chǎn)井的泵送電功率，作為模擬過程新的參數(shù)輸入，完成閉環(huán)控制；(5)對模擬過程和最終優(yōu) 化結(jié)果將通過大屏幕中運行的組態(tài)軟件進行顯示。
上述技術(shù)方案采用的控制流程包括如下 首先初始化一組泵送電參數(shù)，分別輸入到注入井子系統(tǒng)、井筒舉升系統(tǒng)和油氣集 輸系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備模型，對產(chǎn)量進行模擬計算；將計算得到的產(chǎn)量與設(shè)定產(chǎn)量進行對 比，得到產(chǎn)量誤差，將產(chǎn)量誤差送入到優(yōu)化算法進行優(yōu)化；優(yōu)化算法采用該分段模糊控制和 基本的PID控制相結(jié)合的方法進行優(yōu)化處理，進而繼續(xù)調(diào)節(jié)泵送電參數(shù)，從而調(diào)節(jié)當(dāng)前產(chǎn)量，形成一個閉環(huán)空桌子過程。 其中，上述的子系統(tǒng)分別是注入井子系統(tǒng)、井筒舉升子系統(tǒng)和油氣集輸子系統(tǒng)。
注入井子系統(tǒng)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(tǒng)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(dāng)?shù)目刂谱⑺?；對滲透性差、吸水能力弱的層加強注水。
井筒舉升子系統(tǒng)利用節(jié)點將油層、套管、分離器、電機、泵、油管、油嘴等設(shè)備聯(lián)系 在一起，通過堆積木方式構(gòu)建系統(tǒng)，并實現(xiàn)整個子系統(tǒng)的模擬與分析。 油氣集輸子系統(tǒng)包括熱力學(xué)計算模型、水力學(xué)計算模型、混輸管網(wǎng)工藝計算模型、 混輸管網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化計算模型和物流計算模型。 本發(fā)明的有益效果是建立了相對應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)工況模擬模型，并在平臺當(dāng)前生 產(chǎn)參數(shù)的基礎(chǔ)上對產(chǎn)量進行優(yōu)化，提高了模擬產(chǎn)量，降低了系統(tǒng)能耗；在理論研究上建立了 水上水下一體化、非線性、多目標(biāo)、多變量的系統(tǒng)優(yōu)化決策數(shù)學(xué)模型，并采用大系統(tǒng)優(yōu)化理 論、模糊數(shù)學(xué)等方法實現(xiàn)大系統(tǒng)優(yōu)化分級求解和并行運算模擬過程。
四

附圖1是本發(fā)明的控制流程的示意圖；
附圖2是本發(fā)明的井筒舉升子系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)圖；
附圖3是本發(fā)明的三大生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)關(guān)系圖。
五具體實施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案是主要包括以下步驟(l)通過人機交互設(shè)備輸入平臺模擬參 數(shù)并啟動模擬過程；(2)中心計算機發(fā)出啟動命令，給三個子系統(tǒng)進行模擬；(3)注入系統(tǒng) 根據(jù)注入泵壓力和注入管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)，多個注入井之間并行運算，并利用信號量進行同步；根據(jù)上 述注入壓力和注入流量，結(jié)合油藏信息，舉升系統(tǒng)根據(jù)井底壓力和泵輸入電參數(shù)，從井底開 始利用多級迭代方法及流體熱力學(xué)原理推算井口壓力、溫度和產(chǎn)量；根據(jù)井口壓力溫度和 產(chǎn)量信息，結(jié)合生產(chǎn)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對外輸管網(wǎng)壓力進行迭代計算，根據(jù)各個生產(chǎn)井井口壓力、 流量情況，采用流體力學(xué)原理計算總的產(chǎn)量；(4)將上述三個系統(tǒng)模擬結(jié)果生成的最終產(chǎn) 量與設(shè)定的產(chǎn)量進行對比，輸入一個產(chǎn)量閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用基本的PID調(diào)節(jié)與分段模糊 控制調(diào)節(jié)相結(jié)合的方法，計算出注水井、生產(chǎn)井的泵送電功率，作為模擬過程新的參數(shù)輸 入，完成閉環(huán)控制；(5)對模擬過程和最終優(yōu)化結(jié)果將通過大屏幕中運行的組態(tài)軟件進行 顯示。 參照附圖l，本發(fā)明采用的控制流程包括如下 首先初始化一組泵送電參數(shù)，分別輸入到注入井子系統(tǒng)、井筒舉升系統(tǒng)和油氣集 輸系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備模型，對產(chǎn)量進行模擬計算；將計算得到的產(chǎn)量與設(shè)定產(chǎn)量進行對 比，得到產(chǎn)量誤差，將產(chǎn)量誤差送入到優(yōu)化算法進行優(yōu)化；優(yōu)化算法采用該分段模糊控制和 基本的PID控制相結(jié)合的方法進行優(yōu)化處理，進而繼續(xù)調(diào)節(jié)泵送電參數(shù)，從而調(diào)節(jié)當(dāng)前產(chǎn) 量，形成一個閉環(huán)空桌子過程。 其中，上述的子系統(tǒng)分別是注入井子系統(tǒng)、井筒舉升子系統(tǒng)和油氣集輸子系統(tǒng)。
(1)注入井子系統(tǒng)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(tǒng)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(dāng)?shù)目刂谱⑺?；對滲透性差、吸水能力弱的層加強注水，盡量使注
入水在高、中、低滲透層中發(fā)揮應(yīng)有的作用。 注入井模型研究①建立吸水能力數(shù)學(xué)模型 根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)參數(shù)，結(jié)合滲流力學(xué)、油藏工程、注水工程理論技術(shù)，建立注水
層位吸水能力數(shù)學(xué)模型。 ②建立井筒壓力分布數(shù)學(xué)模型 按照水力學(xué)計算方法、管流理論技術(shù)，建立注入井井筒壓力分布計算模型。
③建立井下設(shè)備工具工況分析數(shù)學(xué)模型
主要包括注入管柱、封隔器、配水器等數(shù)學(xué)模型 (2)參照附圖2，井筒舉升子系統(tǒng)利用節(jié)點將油層、套管、分離器、電機、泵、油管、 油嘴等設(shè)備聯(lián)系在一起，單井舉升子系統(tǒng)模型是海上油田舉升系統(tǒng)優(yōu)化決策的基礎(chǔ)，既可 以實現(xiàn)對單個設(shè)備單元的模擬計算，而且通過堆積木方式構(gòu)建系統(tǒng)，并實現(xiàn)整個子系統(tǒng)的 模擬與分析，模型簡單、直觀、方便。
(3)油氣集輸子系統(tǒng)包括熱力學(xué)計算模型、水力學(xué)計算模型、混輸管網(wǎng)工藝計算模 型、混輸管網(wǎng)參數(shù)優(yōu)化計算模型和物流計算模型。
大屏幕顯示軟件特征如下 利用Cft編寫應(yīng)用程序，在大屏幕中顯示的動態(tài)數(shù)據(jù)由組態(tài)軟件天工組態(tài)實現(xiàn)。實 現(xiàn)了通過在內(nèi)核發(fā)送windows irq的方式，利用VC#控制VB程序和組態(tài)軟件的工作和顯 示。組態(tài)支持通過ODBC標(biāo)準可與其他任何標(biāo)準數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，這里面包括我們用到 的Oracle數(shù)據(jù)庫等。這樣可以方便地把標(biāo)準數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)批次地采到天工組態(tài)上來，同時 把天工組態(tài)自身的數(shù)據(jù)送到標(biāo)準數(shù)據(jù)庫中。 本發(fā)明(1)針對"旅大5-2"海上生產(chǎn)平臺建立了與之相對應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)工況模擬 模型，并在平臺當(dāng)前生產(chǎn)參數(shù)的基礎(chǔ)上對產(chǎn)量進行優(yōu)化，使模擬產(chǎn)量提高了 2%，系統(tǒng)能耗 降低了5%。 (2)針對綏中36-l海上生產(chǎn)平臺建立了與之相對應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)工況模擬模型， 并在平臺當(dāng)前生產(chǎn)參數(shù)的基礎(chǔ)上對產(chǎn)量進行優(yōu)化，使模擬產(chǎn)量提高了 3%，系統(tǒng)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(biāo)、多變量的系統(tǒng)優(yōu)化決策數(shù) 學(xué)模型，并采用大系統(tǒng)優(yōu)化理論、模糊數(shù)學(xué)等方法實現(xiàn)大系統(tǒng)優(yōu)化分級求解和并行運算模 擬過程。
權(quán)利要求
一種海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分布式模擬方法，其特征是主要包括以下步驟(1)通過人機交互設(shè)備輸入平臺模擬參數(shù)并啟動模擬過程；(2)中心計算機發(fā)出啟動命令，給三個子系統(tǒng)進行模擬；(3)注入系統(tǒng)根據(jù)注入泵壓力和注入管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，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(shù)據(jù)，多個注入井之間并行運算，并利用信號量進行同步；根據(jù)上述注入壓力和注入流量，結(jié)合油藏信息，舉升系統(tǒng)根據(jù)井底壓力和泵輸入電參數(shù)，從井底開始利用多級迭代方法及流體熱力學(xué)原理推算井口壓力、溫度和產(chǎn)量；根據(jù)井口壓力溫度和產(chǎn)量信息，結(jié)合生產(chǎn)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對外輸管網(wǎng)壓力進行迭代計算，根據(jù)各個生產(chǎn)井井口壓力、流量情況，采用流體力學(xué)原理計算總的產(chǎn)量；(4)將上述三個系統(tǒng)模擬結(jié)果生成的最終產(chǎn)量與設(shè)定的產(chǎn)量進行對比，輸入一個產(chǎn)量閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用基本的PID調(diào)節(jié)與分段模糊控制調(diào)節(jié)相結(jié)合的方法，計算出注水井、生產(chǎn)井的泵送電功率，作為模擬過程新的參數(shù)輸入，完成閉環(huán)控制；(5)對模擬過程和最終優(yōu)化結(jié)果將通過大屏幕中運行的組態(tài)軟件進行顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分布式模擬方法，其特征是采用的 控制流程包括如下首先初始化一組泵送電參數(shù)，分別輸入到注入井子系統(tǒng)、井筒舉升系統(tǒng)和油氣集輸系 統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備模型，對產(chǎn)量進行模擬計算；將計算得到的產(chǎn)量與設(shè)定產(chǎn)量進行對比，得到產(chǎn)量誤差，將產(chǎn)量誤差送入到優(yōu)化算法 進行優(yōu)化；優(yōu)化算法采用該分段模糊控制和基本的PID控制相結(jié)合的方法進行優(yōu)化處理，進而繼 續(xù)調(diào)節(jié)泵送電參數(shù)，從而調(diào)節(jié)當(dāng)前產(chǎn)量，形成一個閉環(huán)空桌子過程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分布式模擬方法，其特征是所述的 子系統(tǒng)分別是注入井子系統(tǒng)、井筒舉升子系統(tǒng)和油氣集輸子系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分布式模擬方法，其特征是所述的 注入井子系統(tǒng)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(tǒng)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(dāng)?shù)目刂谱⑺?；對滲透性差、吸水能力弱的層加強注水。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分布式模擬方法，其特征是所述的 井筒舉升子系統(tǒng)利用節(jié)點將油層、套管、分離器、電機、泵、油管、油嘴等設(shè)備聯(lián)系在一起，通 過堆積木方式構(gòu)建系統(tǒng)，并實現(xiàn)整個子系統(tǒng)的模擬與分析。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分布式模擬方法，其特征是所述的 油氣集輸子系統(tǒng)包括熱力學(xué)計算模型、水力學(xué)計算模型、混輸管網(wǎng)工藝計算模型、混輸管網(wǎng) 參數(shù)優(yōu)化計算模型和物流計算模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海上油田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)分布式模擬方法。主要包括以下步驟(1)通過人機交互設(shè)備輸入平臺模擬參數(shù)并啟動模擬過程；(2)中心計算機發(fā)出啟動命令，給三個子系統(tǒng)進行模擬等步驟。其有益效果是建立了相對應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)工況模擬模型，并在平臺當(dāng)前生產(chǎn)參數(shù)的基礎(chǔ)上對產(chǎn)量進行優(yōu)化，提高了模擬產(chǎn)量，降低了系統(tǒng)能耗；在理論研究上建立了水上水下一體化、非線性、多目標(biāo)、多變量的系統(tǒng)優(yōu)化決策數(shù)學(xué)模型，并采用大系統(tǒng)優(yōu)化理論、模糊數(shù)學(xué)等方法實現(xiàn)大系統(tǒng)優(yōu)化分級求解和并行運算模擬過程。
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(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)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(xué)(華東)