CN117684928A - 一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,属于信息技术领域。该不同生产模式下油水井采注协同优化控制***包括油水井***生产模式选择模块、油水井***智能决策模块和油水井***智能控制模块。本发明基于井间连通关系建立油水井***采注协同优化控制模型,将采油井***和注水井***进行一体化分析和全局优化,能够满足油田在不同开发阶段的实际生产需求,可针对油田不同区块、不同场站、不同井组,选择所需的生产模式,适合在油田大面积推广。根据所选择的油田生产模式,基于油气生产大数据,可快速定制优化控制方案,实现油田节能降耗和提质增效,提高油田采收率,降低油气开发成本,提升油田经济效益。
Description
技术领域
本发明属于信息技术领域,具体涉及一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***。
背景技术
采油井与注水井是水驱开发油田的核心生产单元,也是实现油田高效开发人为可控的、最为关键的操作管理对象。随着油田开发工作的持续进行,我国大部分油田已经进入开发中后期,油藏非均质性严重,注采矛盾突出,生产成本居高不下,严重影响油田开发效益。因此,针对不同油田、不同区块或不同开发阶段,建立不同生产模式下油水井采注协同优化***,对实现油田节能降耗、降本增效以及提高油田经济效益具有重要意义。
目前,油田主要是在单一生产模式下,通过油藏数值模拟来建立采油井和注水井之间的关联,从而实现对采油井和注水井的优化控制,优化周期长、速度慢、计算复杂度高,无法实现油水井***的全局实时优化。近年来,随着大数据、人工智能技术的快速发展,采用大数据驱动的方式、利用机器学习技术进行不同生产模式下油水井采注协同优化,可极大降低***复杂性,提高***快速响应能力,实现油水井***的实时快速全局优化。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***。本方法可根据油田实际开发需求,在不同阶段、不同区块、不同厂站进行不同生产模式下的油水井***采注协同优化,操作简单,易于实现,同时综合考虑了动静态数据对油水井***的影响,进一步提高油水井***全局优化水平,适合在油田推广应用。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,包括油水井***生产模式选择模块、油水井***智能决策模块、油水井***智能控制模块;
所述油水井***生产模式选择模块,用于接收选择的不同生产模式;
所述油水井***智能决策模块,用于根据所述油水井***生产模式选择模块所选择的生产模式进行智能决策,并将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块;
所述油水井***智能控制模块,用于根据决策结果控制采油井的产液量和注水井的注水量。
所述生产模式包括节能模式、最大产模式和最大效益模式。
所述油水井***智能决策模块包括:
能耗最小化智能决策单元,用于节能模式下,进行能耗最小化决策,将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块;
产量最大化智能决策单元,用于最大产模式下,进行产量最大化决策,将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块;
效益最大化智能决策单元,用于最大效益模式下,进行效益最大化决策,将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块。
所述能耗最小化智能决策单元,执行以下步骤:
将注水量ij和采油量qj作为粒子,根据油水井***吨油能耗最小化的目标函数和约束条件确定适应度函数,使用粒子群算法求解,得到最佳的注水井注水量ij和采油井产液量qj作为决策结果;
其中,目标函数为油水井***吨油能耗最小化,表达式为:
式中:Winj为注水***能耗;Wprod为采油***能耗;Qoil为给定时间范围内油水井***产油量;
其中,注水***能耗Winj、采油***能耗Wprod、采油量Qoil分别表示为:
式中:ij为第j口注水井的注水量;qj为第j口采油井的采液量;α为注水能耗权重;β为采油能耗权重;ρ为注入水密度;Pj为第j口注水井的注入压力;pj为第j口注水井的井底流压;Hj为第j口采油井的深度;g为重力加速度,fj为第j口采油井的含水率;M为注水井数量;N为采油井数量。
所述产量最大化智能决策单元,执行以下步骤:
将注水量ij和采油量qj作为粒子,根据油水井***产油量最大化的目标函数和约束条件确定适应度函数,使用粒子群算法求解,得到最佳的注水井注水量ij和采油井产液量qj作为决策结果;
其中,目标函数为给定时间范围内油水井***产油量最大化,表达式为:
式中:qj为第j口采油井的产油量;N为油水井***中采油井的数量,t0为初始时刻,t为当前时刻。
所述效益最大化智能决策单元,执行以下步骤:
将注水量ij和采油量qj作为粒子,根据油水井***生产效益最大化的目标函数和约束条件确定适应度函数,使用粒子群算法求解,得到最佳的注水井注水量ij和采油井产液量qj作为决策结果;
其中,目标函数为给定时间范围内油水井***生产效益最大化,表达式为:
式中:Ro为油价,Rw为注水费用;ij为第j口注水井的注水量;M为油水井***中注水井数量。
所述油水井***智能控制模块,包括:
采油井控制单元,用于根据决策结果中的采油井产液量,通过变频器实现采油井电动机变速运行,从而控制采油井冲次,控制油井产量;
注水井控制单元,用于根据决策结果中的注水井的注水量,通过流量自控仪调节控制阀阀门开度,从而控制注水井注水量。
一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制方法,包括以下步骤:
油水井***生产模式选择模块接收选择的不同生产模式;
油水井***智能决策模块根据所述油水井***生产模式选择模块所选择的生产模式进行智能决策,并将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块;
油水井***智能控制模块根据决策结果控制采油井的产液量和注水井的注水量。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明基于井间连通关系建立油水井***采注协同优化控制模型,将采油井***和注水井***进行一体化分析和全局优化,不需要复杂的精细化油藏描述和数值模拟过程,仅通过注采数据就可以定量计算井间连通系数,方法简单易于实现,计算复杂度低,便于油田现场应用;
(2)本发明所建立的不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,能够满足油田在不同开发阶段的实际生产需求,可针对油田不同区块、不同场站、不同井组,选择所需的生产模式,适合在油田大面积推广应用;
(3)根据所选择的油田生产模式,基于油气生产大数据,可快速定制协同优化控制方案,实现油田节能降耗和提质增效,提高油田采收率和经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例提供的不同生产模式下油水井采注协同优化控制***示意图。
图2为本发明实施例提供的油水井***智能控制模块控制方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明基于井间连通关系建立油水井***采注协同优化控制模型,将采油井***和注水井***进行一体化分析和全局优化,能够满足油田在不同开发阶段的实际生产需求,可针对油田不同区块、不同场站、不同井组,选择所需的生产模式,适合在油田大面积推广。根据所选择的油田生产模式,基于油气生产大数据,可快速定制优化控制方案,实现油田节能降耗和提质增效,提高油田采收率,降低油气开发成本,提升油田经济效益。
如图1所示,本实施例的油水井采注协同优化控制***如下所述。
本发明所述的不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,包括:
油水井***生产模式选择模块:根据油田实际生产需求,针对油田不同区块、不同场站或不同开发阶段,选择相应的生产模式。生产模式具体包括节能模式、最大产模式和最大效益模式。
油水井***智能决策模块:包括能耗最小化智能决策单元,产量最大化智能决策单元,效益最大化智能决策单元。根据各生产模式所对应的智能决策单元,确定油水井***采注协同优化目标函数、优化模型决策变量、油水井***约束条件和模型求解方法,给出最优决策结果。
能耗最小化智能决策单元的目标函数为油水井***吨油能耗最小化,表达式为:
式中:Winj为注水***能耗,kW·h;Wprod为采油***能耗,KW·h;Qoil为给定时间范围内油水井***产油量,t。
注水***能耗Winj、采油***能耗Wprod、采油量Qoil可分别表示为:
式中:ij为第j口注水井的注水量,t/d;qj为第j口采油井的采液量,t/d;α为注水能耗权重;β为采油能耗权重;ρ为注入水密度,kg/m3;Pj为第j口注水井的注入压力,MPa;pj为第j口注水井的井底流压,MPa;Hj为第j口采油井的深度,m;h为重力加速度,m/s2,fj为第j口采油井的含水率;M为注水井数量;N为采油井数量。
产量最大化智能决策单元的目标函数为给定时间范围内油水井***产油量最大化,表达式为:
式中:qj为第j口采油井的产油量,t/d;N为油水井***中采油井的数量,t0为初始时刻,t为当前时刻。
效益最大化智能决策单元的目标函数为给定时间范围内油水井***生产效益最大化,表达式为:
式中:Ro为油价,USD/t,Rw为注水费用,USD/t;ij为第j口注水井的注水量,t/d;M为油水井***中注水井数量。
进一步地,确定优化模型决策变量。决策变量是指优化问题中所涉及的与约束条件和目标函数有关的待确定的量。上述优化问题中人为可控的决策变量为注水井的注水量和采油井的产液量。
进一步地,确定优化模型约束条件:约束条件是优化问题中与目标函数相关联的各因素的取值范围限制条件。上述优化模型约束条件包括注水***约束条件、采油***约束条件和井间连通关系约束条件。
注水***约束条件包括注水管网流量平衡约束、注水管道流量约束、注水井运行时注入压力约束、注水井井筒流动特性约束,表达式为:
式中:I为总注水量,t/d;imin为注水井的最小可行注水量,t/d;imax为注水井的最大可行注水量,t/d;Pmin为注水井运行压力下限,MPa;Pmax为注水井运行压力上限,MPa;Fiw为注水井井筒内管流流动的压降方程组,Qiw为注水井井筒出口处的流量向量,Piw为注水井井筒入口处的压力向量,piw为注水井井筒出口处的压力向量。
采油***约束条件包括采油井流量取值约束、采油***流动特性约束,表达式为:
式中:qmin为采油井最小产液量,t/d;qmax为采油井最大产液量,t/d;Foe为采油井井筒多相管流流动方程,Qoe为采油***入口和出口处的流量向量,Poe为采油***入口和出口处的压力向量,Toe为采油***入口和出口处的温度向量。
井间连通关系约束条件表达式为:
式中:ik(t)为第k口注水井的累积注水量,t/d;qj(t)为第j口采油井的累积产液量,t/d;M表示采油井周围的注水井数量,λkj为第k口注水井和第j口采油井的井间连通系数;τkj为第k口注水井和第j口采油井之间的时间常数;为第j口采油井的井底流压,MPa;tn为开发时间,d;t0为初始开发时刻,d;Δtl表示采样间隔,n为采样数。
进一步地,确定优化模型求解方法:针对上述优化问题,采用粒子群算法求解能耗优化问题、最大产问题和最大效益问题。
步骤4:采用粒子群算法求解油水井***能耗优化问题。对由决策变量、吨油能耗最小化目标函数和注水***约束、采油***约束以及井间连通关系约束组成的优化模型,使用粒子群算法进行迭代求解,直至得到最佳的注水井注水量和采油井产液量参数。
根据粒子群算法得到的注水量和产液量最优参数组合,控制注水井注水量和采油井产液量,使油水井***能耗最小。
油水井***智能控制模块:包括采油井控制单元和注水井控制单元。根据油水井***智能决策模块制定的最优决策结果,控制采油井的采液量和注水井的注水量,如图2所示。
采油井控制单元基于智能决策结果,控制合理的产液量水平,通过变频器实现采油井电动机变速运行,从而控制采油井冲次,控制油井产量。注水井控制单元基于智能决策结果,控制合理的注水量水平,通过流量自控仪调节控制阀阀门开度,从而控制注水井注水量。
Claims (8)
1.一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,其特征在于,包括油水井***生产模式选择模块、油水井***智能决策模块、油水井***智能控制模块;
所述油水井***生产模式选择模块,用于接收选择的不同生产模式;
所述油水井***智能决策模块,用于根据所述油水井***生产模式选择模块所选择的生产模式进行智能决策,并将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块;
所述油水井***智能控制模块,用于根据决策结果控制采油井的产液量和注水井的注水量。
2.根据权利要求1所述的一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,其特征在于,所述生产模式包括节能模式、最大产模式和最大效益模式。
3.根据权利要求1所述的一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,其特征在于,所述油水井***智能决策模块包括:
能耗最小化智能决策单元,用于节能模式下,进行能耗最小化决策,将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块;
产量最大化智能决策单元,用于最大产模式下,进行产量最大化决策,将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块;
效益最大化智能决策单元,用于最大效益模式下,进行效益最大化决策,将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块。
4.根据权利要求3所述的一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,其特征在于,所述能耗最小化智能决策单元,执行以下步骤:
将注水量ij和采油量qj作为粒子,根据油水井***吨油能耗最小化的目标函数和约束条件确定适应度函数,使用粒子群算法求解,得到最佳的注水井注水量ij和采油井产液量qj作为决策结果;
其中,目标函数为油水井***吨油能耗最小化,表达式为:
式中:Winj为注水***能耗;Wprod为采油***能耗;Qoil为给定时间范围内油水井***产油量;
其中,注水***能耗Winj、采油***能耗Wprod、采油量Qoil分别表示为:
式中:ij为第j口注水井的注水量;qj为第j口采油井的采液量;α为注水能耗权重;β为采油能耗权重;ρ为注入水密度;Pj为第j口注水井的注入压力;pj为第j口注水井的井底流压;Hj为第j口采油井的深度;g为重力加速度,fj为第j口采油井的含水率;M为注水井数量;N为采油井数量。
5.根据权利要求3所述的一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,其特征在于,所述产量最大化智能决策单元,执行以下步骤:
将注水量ij和采油量qj作为粒子,根据油水井***产油量最大化的目标函数和约束条件确定适应度函数,使用粒子群算法求解,得到最佳的注水井注水量ij和采油井产液量qj作为决策结果;
其中,目标函数为给定时间范围内油水井***产油量最大化,表达式为:
式中:qj为第j口采油井的产油量;N为油水井***中采油井的数量,t0为初始时刻,t为当前时刻。
6.根据权利要求3所述的一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,其特征在于,所述效益最大化智能决策单元,执行以下步骤:
将注水量ij和采油量qj作为粒子,根据油水井***生产效益最大化的目标函数和约束条件确定适应度函数,使用粒子群算法求解,得到最佳的注水井注水量ij和采油井产液量qj作为决策结果;
其中,目标函数为给定时间范围内油水井***生产效益最大化,表达式为:
式中:Ro为油价,Rw为注水费用;ij为第j口注水井的注水量;M为油水井***中注水井数量。
7.根据权利要求3所述的一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制***,其特征在于,所述油水井***智能控制模块,包括:
采油井控制单元,用于根据决策结果中的采油井产液量,通过变频器实现采油井电动机变速运行,从而控制采油井冲次,控制油井产量;
注水井控制单元,用于根据决策结果中的注水井的注水量,通过流量自控仪调节控制阀阀门开度,从而控制注水井注水量。
8.一种不同生产模式下油水井采注协同优化控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
油水井***生产模式选择模块接收选择的不同生产模式;
油水井***智能决策模块根据所述油水井***生产模式选择模块所选择的生产模式进行智能决策,并将决策结果传输给所述油水井***智能控制模块;
油水井***智能控制模块根据决策结果控制采油井的产液量和注水井的注水量。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |