能耗分析評價模型在油田注水系統(tǒng)中的應用

陽甫軍　彭皓

摘要：陸上油田開發(fā)中，注水系統(tǒng)耗能嚴重，所以優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，提高系統(tǒng)效率，節(jié)約開采成本成為我國油田開采的重點。基于此，本文首先構(gòu)建分析評價模型，對多維數(shù)據(jù)進行有效分析與預測，總結(jié)當前系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，篩選出最佳優(yōu)化方案，并以此作參考，對注水系統(tǒng)各項指標參數(shù)進行修正，以此降低注水能耗，提升油田開采效益。

[關(guān)鍵詞]評價模型注水系統(tǒng)模糊層次分析法

近年來，隨著我國石油行業(yè)飛速發(fā)展，中游油氣儲運以及下游加工產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，然上游開采技術(shù)距國外仍有一定差距。單從注水系統(tǒng)運行的效率來看，國外平均為65%，國內(nèi)平均僅有47.8%。但未經(jīng)模擬，貿(mào)然修正參數(shù)風險巨大，而分析評價模型，便是以模糊層次分析法為核心，利用注水系統(tǒng)仿真運行技術(shù)及灰色關(guān)聯(lián)分析等方法進行構(gòu)建，用以明確系統(tǒng)運行現(xiàn)狀，總結(jié)能耗分布規(guī)律，指導進行精細化管理，降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)風險，為操作人員提供數(shù)據(jù)支持，從而提高注水系統(tǒng)效率。

1注水系統(tǒng)與油田開發(fā)

油田進行開采時，可以利用地層的能量自噴，將油、氣從地底擠壓至地面，但隨著開采時間的增長，地層本身的能量被不斷消耗、壓力下降，油氣將不能充分地從油井中噴發(fā)出來，導致無法采集地下殘油，油田產(chǎn)量大幅減少。為了保證良好的采收率，需要對油層認為施加壓力，來維持油田的整體壓力，為之后的油田繼續(xù)開采提供良好的基礎。

該項技術(shù)是陸上油田開發(fā)中的主要組成成分，對我國絕大部分的油田起著至關(guān)重要的作用。同時，注水耗電一般可以達到整個油田總耗電的三分之一到一半，是一種巨大的損失。

綜上，提升注水系統(tǒng)運行效率，可有效提升油田開采效果及壽命，并降低開采成本，使油田開采效益最大化。

2模型建立關(guān)鍵技術(shù)

2.1模糊層次分析法

層次分析法是模糊層次分析法（FAHP）的基礎。其從問題的本質(zhì)和目標出發(fā)，通過構(gòu)建準則層、方案層、目標層三層來衡量因素之間的相互關(guān)聯(lián)程度。但傳統(tǒng)的層次分析法也存在著一定的不足判斷矩陣具有一定的主觀成分，矩陣的一致性檢驗缺乏一定的可行性等。

模糊層次分析法在層次分析法的基礎上引入模糊一致矩陣的概念，對模糊矩陣求解特征向量，得到層與層之間的元素優(yōu)先權(quán)重，并以此加權(quán)求和得到最終權(quán)重，即最優(yōu)方案。模糊層次分析法解決了矩陣易受到人的主觀性干擾的問題，具有更好的實用性。

本模型采用FAHP法，將會更加直觀地確定注水系統(tǒng)當前運行狀況，找出制約注水系統(tǒng)運行效率的關(guān)鍵點，為選擇最優(yōu)方案提供較為科學的評判依據(jù)。

2.2注水系統(tǒng)仿真運行優(yōu)化技術(shù)

該項技術(shù)主要是從大系統(tǒng)理論、網(wǎng)絡理論、優(yōu)化理論角度出發(fā)，構(gòu)建注水系統(tǒng)仿真優(yōu)化數(shù)學模型，嚴格按照注水系統(tǒng)配注要求，得出系統(tǒng)開泵方案與運行參數(shù)。并采用中心注水站集中控制、各站微機巡控方式做好相關(guān)的調(diào)節(jié)工作，以確保注水系統(tǒng)時刻處于高效節(jié)能狀態(tài)下運行。利用注水站現(xiàn)場微機將數(shù)據(jù)進行一番處理以轉(zhuǎn)換為精準信號，傳達到中央控制室中，采用系統(tǒng)優(yōu)化軟件加強分析與處理，確立合理的優(yōu)化運行參數(shù)，然后利用無線傳輸把各泵中狀態(tài)最佳的運行控制信號重新返送到所有注水站中。

本模型采用該技術(shù)，用以分析注水系統(tǒng)運行過程中，注水泵的工作狀態(tài)，單次注水量、注水半徑、系統(tǒng)能耗等情況。

2.3灰色關(guān)聯(lián)分析法

灰色關(guān)聯(lián)分析法是用來衡量因素之間關(guān)聯(lián)程度的一種方法。其的具體步驟如下：

（1）確定關(guān)聯(lián)對象和其對應評價標準。

（2）確定各指標對應的權(quán)重大小。

（3）依據(jù)權(quán)重計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

（4）計算灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度

（5）得到最終評價并進行分析。

在石油與天然氣資源勘探過程中，灰色關(guān)聯(lián)分析法應用廣泛，通常將注采系統(tǒng)看成一個完整的灰色系統(tǒng)，而工程師則依據(jù)系統(tǒng)中各類因素之間的關(guān)聯(lián)程度對其進行量化分析與表達，最終找出注采系統(tǒng)中的普遍演變規(guī)律，為系統(tǒng)的可持續(xù)開采、預測以及控制做出理論支撐。

3模型建立流程

從油田各項實際運行系統(tǒng)中獲取真實數(shù)據(jù)，如注水生產(chǎn)作業(yè)、單井、注水單耗等工況數(shù)據(jù)及土壤酸性程度，地層狀況等環(huán)境影響因素。初次采集工程量可能會比較龐大，之后只需對一些變化的參數(shù)進行修改即可。

由PCA（PrincipalComponentAnalysis）方法獲得注水單耗與影響因素之間的關(guān)系，如注水單耗與井型之間的關(guān)系、分析對注水管線腐蝕的影響因素等。再利用灰色關(guān)聯(lián)分析法從注水單耗的影響因素中提取主成分，獲得主要影響因素及其權(quán)值，確定影響效率的關(guān)鍵因素。

利用仿真運行技術(shù)分析明確當前注水系統(tǒng)運行情況，將獲得的大量多維、多源數(shù)據(jù)，交由多種數(shù)據(jù)挖掘算法進行處理，先建立挖掘模型，對數(shù)據(jù)進行有效分析與預測。

最后由模糊層次分析法對結(jié)果進行統(tǒng)籌，選取最佳的優(yōu)化解決方案并通過深度學習，預測作業(yè)措施的效果，優(yōu)化參數(shù)，如預測調(diào)剖效果、優(yōu)化機組參數(shù)等。

建立分析評價模型，并向用戶展示優(yōu)化解決方案，未來運行趨勢預測，當前系統(tǒng)所存在問題及最佳優(yōu)化方案等。

4結(jié)論

綜上所述，為了提升注水系統(tǒng)運行效率，安全高效地實施優(yōu)化方案，本文介紹了油田注水系統(tǒng)分析評價模型的建立過程及用途，主要利用模糊層次分析、灰色關(guān)聯(lián)分析、仿真運行優(yōu)化等方法建立評價模型，指導人員進行精細化管理，采用最佳優(yōu)化方案提升注水系統(tǒng)運行效率，從而達到提升油田開采效益的最終目的。

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