油田注水系统仿真优化决策技术与方法

本书共6章，内容主要包括油田注水管网生产状态仿真模拟方法、注水管网系统故障智能诊断技术、注水管网评价方法、油田注水系统优化调度技术、油田注水系统欠注井群增压方案设计与优化方法等。
本书可作为油田现场从事与水系统相关的设计、生产和管理人员的工具书，也可供高等院校机械、自动化、储运和油气田地面工程专业等师生阅读参考。

注水系统是石油开发生产过程中非常重要的一个生产系统。石油生产企业在开发生产过程中，为了维持稳定的地层开采压力，要消耗大量的水。为了维持水系统的运行，还要消耗大量的能源，同时也存在安全、环保等方面的诸多问题。
我国早在20世纪60年代中期就开始重视这方面的问题，随着我国陆上油田多数进入开发中后期，注水系统的作用日益突出。目前，我国石油生产企业的水系统规模及处理能力居世界领先地位，注水系统网络覆盖面积通常达几十平方公里，管线长度达几百至上千公里，网络上分布有水源、联合站、污水站、注水站、水井等多种类型单元。这样一个复杂庞大的系统，其状态随生产情况动态变化而变化，要维持其合理高效运行是十分困难的。
自20世纪90年代中期，东北石油大学系统开展了大规模复杂油田注水系统建模、仿真、故障诊断、优化决策等多方面研究工作，积累了较多有价值的研究成果，以此为基础构成本书基本内容，这些对于推动我国石油工业可持续开发生产具有十分重要的意义。
全书共6章，第1章为绪论，第2章介绍油田注水管网生产状态仿真模拟方法，第3章介绍注水管网系统故障智能诊断技术，第4章介绍注水管网评价方法，第5章介绍油田注水系统优化调度技术，第6章介绍油田注水系统欠注井群增压方案设计与优化方法。第1章由王妍等编写，第2章和第5章由张瑞杰等编写，第3章和第6章由任永良等编写，第4章由高胜等编写。在编写过程中，孙凯、李杰、许彦飞、吴磊、祝洪伟、郑文等研究生也参与了相关章节的整理工作，在此表示感谢。
本书得到了国家重点研发项目(2016YFE0102400)的资助，编写过程中参阅和引用了国内外同行的文献资料，在此一并表示衷心感谢。
由于作者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。

著者

第1章 绪论 1
1.1 注水系统的作用 1
1.2 注水系统的组成 2
1.3 注水系统的流程 3

第2章 油田注水管网生产状态仿真模拟 6
2.1 注水管网拓扑结构的构建 6
2.1.1 注水系统拓扑网络图的生成 6
2.1.2 注水系统计算机图形建模 7
2.2 注水系统基本单元数学模型 8
2.2.1 注水泵的数学模型 8
2.2.2 管线单元的数学模型 14
2.2.3 阀门单元的数学模型 17
2.3 注水管网系统仿真模型 25
2.3.1 仿真模型的构建 25
2.3.2 特性矩阵K 的特点 27
2.3.3 仿真模型的解算 28
2.4 油田注水管网病态参数修正 31
2.4.1 油田注水管网参数反演的数学模型建立 32
2.4.2 管网压力监测点的分布规律 32
2.4.3 基于粒子群算法的油田注水管网摩阻系数反演 34
2.4.4 基于模拟退火算法的油田注水管网摩阻系数反演 36
2.4.5 实例计算 39

第3章 注水管网系统故障智能诊断 49
3.1 注水管网系统故障及原因分析 49
3.1.1 注水站故障 49
3.1.2 注水井故障 50
3.1.3 注水管网故障 51
3.1.4 注水系统故障树 53
3.1.5 诊断依据和解决措施 55
3.2 BP 神经网络 56
3.2.1 BP神经网络原理 56
3.2.2 BP神经网络算法流程 58
3.2.3 BP神经网络在管网诊断中的应用 64
3.3 自适应差分进化算法（SDE） 64
3.3.1 SDE进化算法原理 64
3.3.2 SDE进化算法流程 66
3.4 SDE-BP 故障诊断 67
3.4.1 SDE-BP故障诊断模型 67
3.4.2 SDE-BP算法流程 69
3.4.3 故障诊断案例 71
3.5 管网漏损诊断 77
3.5.1 常用管网漏损检测设备 78
3.5.2 注水管网漏损状态模拟 79
3.5.3 贝叶斯正则化优化BP神经网络 81
3.5.4 管网漏损点定位 83
3.5.5 管网漏损检测模拟 85

第4章 注水管网评价方法 87
4.1 注水管网评价基本原则 87
4.1.1 注水管网可靠性评价标准 87
4.1.2 注水管网充分性评价标准 88
4.1.3 注水管网有效性评价标准 88
4.2 注水系统能耗计算方法及效率分析 89
4.2.1 注水泵系统 89
4.2.2 注水站效率 90
4.2.3 配水间能量损失及其效率计算 90
4.2.4 注水站至配水间的管网效率 91
4.2.5 注水系统的效率 91
4.2.6 注水系统评价方法 91

第5章 油田注水系统优化调度技术 94
5.1 注水泵在管网中的调控方法 94
5.1.1 管路特性曲线 94
5.1.2 注水泵在管网中运行的工作点 95
5.1.3 注水泵的调控方法 95
5.2 新型自适应蚁群遗传混合算法的提出 98
5.2.1 遗传算法 98
5.2.2 蚁群算法 106
5.2.3 遗传算法与蚁群算法融合的基本思想 112
5.3 多源系统注水站外输水量优化 118
5.3.1 优化模型的建立 118
5.3.2 约束条件的处理和转化 119
5.3.3 优化模型的求解 120
5.3.4 计算实例 123
5.4 大型复杂注水系统运行参数优化 125
5.4.1 优化模型的建立 126
5.4.2 约束条件的处理和转化 127
5.4.3 优化模型的求解 128
5.4.4 计算实例 129
5.5 大型复杂注水系统变频调速及运行方案优化 130
5.5.1 注水泵变频调速的原理 130
5.5.2 优化模型的建立 132
5.5.3 约束条件的处理和转化 134
5.5.4 优化模型的求解 135
5.5.5 计算实例 138

第6章 油田注水系统欠注井群增压方案设计与优化 141
6.1 高压区增压注水方案设计与优化 142
6.1.1 欠注井的确定 142
6.1.2 增压注水 142
6.1.3 增压注水形式 144
6.1.4 增压注水形式的选择 146
6.1.5 增压注水管网优化布局 146
6.1.6 增压站压力、流量的设定 154
6.1.7 增压站与低压干线间的连接 155
6.1.8 增压泵的选择 156
6.1.9 增压设计优化 158
6.2 低压区注水系统运行优化 162
6.2.1 低压区注水站运行优化分析 162
6.2.2 注水泵最优工况调节 163
6.2.3 注水泵特性曲线修正 164
6.2.4 注水泵运行参数优化 167
6.3 增压注水评价 170
6.3.1 合理性分析 170
6.3.2 经济运行分析 173
6.4 实例应用 174
6.4.1 欠注井增压设计 174
6.4.2 注水系统运行优化 183
6.4.3 增压注水评价 185

参考文献 187