注水系统优化运行方案研究
油田生产智能化管理研究——以长庆油田为例
2023年5月第26卷第10期中国管理信息化China Management InformationizationMay,2023Vol.26,No.10油田生产智能化管理研究——以长庆油田为例万 想，马 楠，郭小虎（中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第二采油厂，甘肃庆阳745000）［摘 要］油田生产区域存在点多、线长、面广等特点。
长庆油田在持续进行石油开采过程中，面临资源品位差、安全风险管控难度大、用工总量刚性控制难、员工劳动强度大等一系列难题，依靠人海战术已不能满足高效生产管理需要，其已经进行智能化管理实践。
基于此，文章阐述长庆油田智能化管理建设思路，详细介绍采油井、注水系统、集输管线、场站等各类油田生产设施的智能化技术改造方案以及视频监控、数据中心的智能化建设情况。
实行智能化管理以来，长庆油田达到了提高生产效率、降低劳动强度、促进安全环保的效果，油气当量从2007年的2 000万吨增长至2020年的6 000万吨，油气水井从2.5万口增长至11万口，人均劳动生产率大幅提升。
［关键词］油田生产；智能化管理；提质增效；长庆油田doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.10.030［中图分类号］TE938；TP311 ［文献标识码］A ［文章编号］1673-0194（2023）10-0091-031 长庆油田面临的难题长庆油田工作区域横跨陕甘宁蒙晋五省（区），2020年其油气产量达到6 041万吨，成为中国首个年产油气当量超6 000万吨的特大型油气田，占2020年国内油气总产量的1/6。
但经过几十年的持续开发，长庆油田目前面临以下四大难题。
（1）生产规模持续扩大，油井、水井、管线、场站等生产设施数量快速增长，与企业劳动用工总量刚性控制的矛盾进一步凸显。
其必须借助生产智能化管理来进一步提高生产效率，控制劳动用工总量。
（2）资源品位逐年下降，效益开发压力大。
长庆油田是典型的“三低”（低渗、低压、低丰度）油气藏，油田剩余资源以超低渗和页岩油为主，气田以致密气、深层复杂气藏为主，单井产量低，甜点优选、控投降本难度进一步增大，需要进一步提升地质工程一体化水平和成本精细管控能力。
油田注水泵站运行方案优化研究
２ １ １离 心泵工 频运行 ．． ．
离心泵实际运行的扬程 一流量 （ Ｑ） Ｈ— 、效率
（１ Ｑ）的 关系可用 下式 （ ） （ ）表示 如下 ： Ｔ一 １、 ２
Ｈ ：ａ 一口Ｑ ０ ｌ
流量
（） １
Ｔ ＝ｃ９ １ ｝ ＋ｃ９＋Ｃ ２ ３
１ 引 言
（） ２
根 据实 测 的一 组 Ｈ Ｑ 和 ｎ—Ｑ 的关系数 据 ，应用
Ｈ ＝ｋ ａ 一 ｌ ０ ａＱ ２ （） ３
式 中 七一转速 比， ＝
恒 定转速 ，ｒ ｍ。 ｐ
２ ２ 柱 塞泵特 性 曲 线 ．
；力 一离心泵 调速 前的
量 损失 大。多年 来 ， 注水 系统 的运行 主要依靠 管理 人员 的 认 识和 经验来 实施 ， 无法保 证这样 大 型复杂 的注水 生产系
『 油工程技术】 石
依据柱塞泵效率 一扬程 （１ Ｈ）曲线上 ，确定柱塞 Ｔ一
泵 高效 运行 区的流量 上 下 限 （
２ ２． 柱塞 泵变 频运 行 ． ２
４ 目标 函数优 化 计算方 法
，
） 。
此泵站优化数学模型是一个既含有离散变量 ， 又有
连 续变 量 Ｕ的混合 问题 ， 于包 含 等式 约束 和不 等 式约束 属 的非 线性 规划 问题 。 文 采用 混合 遗传 算法 求 解此 优化 数 本
∑ｍｘ 一 ｉ） ｍ ａ Ｈ， ， ０
（） ６
＝ 一
其 中 ， 为总 泵站 数 ； 为第 ｉ 泵站 的泵 台数 ； 、 ｍ ” 个 ６为 第 ｉ 水 站 ， ｊ 个注 第 台注水 泵 的开 停状 态及 工 变频 ； ， Ｈ 别 为第 ｉ 分 个注 水站 ， 台注水 泵 的 出 口、 口压力 ； 第ｊ 人 为第 ｉ 注水 站 ， 台注水 泵 的流量 ； 个 第ｊ 第 ｉ 注 水站 ， 个
多站注水系统柱塞泵运行方案优化研究
＝ ｉ １Ｐ Ｑ Ｋ∑
＝
（ ａ １）
管 网 一注水 井系统 的优化 运行方 案 。 柱 塞泵是 一种往 复式容 积泵 ，在现 场生产 中调整
… ｍ （ ｂ １）
Ｑｍ 矗ｊ Ｑ ＜ ＜ ｄ
ｍｎ ＜ ｉ ＜ Ｐ咖 ｎ
其工作 参数时 ，主要 是更换 柱塞直 径 ，通过更换 一 系 列不 同的柱 塞 直 径 ，对 应 产 生 不 同 的 出 口排 量 和压
Ｐ —— 第 口注水井最 大配 注压力 ，Ｐ ； ａ
开泵方案及运行状态 ，最终给出整个注水系统的运行 优化方案 。
Ｑ ——第 口注水井计算流量 ，ｍ ／ ； ｓ
Ｑ —— 第 口注 水井 配注流量 ，ｍ ／ ； ｓ
１ 注 水 系 统 优 化 运 行 模 型 及 解 算 方法
维普资讯
多站注水系统柱塞泵运行方案优化研究
・ ５・ ３
多站 注水 系统 柱 塞 泵 运行 方 案优 化 研 究
王 福 文
（ 大庆油 田 建 设集 团管道公司）
摘 要：通过研 究柱 塞泵组 成 的 多水 源注 水 管 网 ，提 出一种 优 化 开 泵 方 法 ，并 经 实践 证 明是 正确 的 ， 有 利 于油 田注水 系统 节 能降耗 。
维普资讯
・
３ ６・
采
油 工
程
式 （ ）优化模 型 以 注 水 能 耗 最 低 为 目标 函数 ， １
数：
以注水站的出站压力、出站流量作为站约束条件 ，以 注水井的压力 、流量作为井的约束条件 ，以注水井总 注水量和注水站总供 水量相等作为井站平衡约束条 件，以式 （ ｅ １）作为压力和流量之间转换 的等式约 束。从而将式 （ ）转换 为含有等式和不等式约束 的 １
油田注水小站工作总结报告
一、前言油田注水小站作为油田开发过程中的重要环节，承担着为地层补充能量、提高油田采收率、保护地下水资源的重任。
2023年，我站紧紧围绕油田稳产、注水先行的工作理念，以精细化管理为核心，以提高注水效率为目标，全面完成了各项工作任务。
现将2023年度工作总结如下：二、主要工作及成效1. 注水任务完成情况2023年，我站共完成注水量XX万吨，同比增长XX%，超额完成了年度注水任务。
其中，高含水区块注水量同比增长XX%，低渗透区块注水量同比增长XX%。
2. 水质达标率我站严格执行水质监测制度，确保注水水质达标。
2023年，采出水水质达标率达到了XX%，较上年同期提高了XX个百分点。
3. 系统运行效率通过优化设备运行参数，提高设备运行效率，我站系统运行效率得到了显著提升。
全年设备运行时间达到XX小时，较上年同期提高了XX%。
4. 管理水平（1）制度建设：我站进一步完善了注水管理制度，明确了各部门职责，确保了注水工作的有序开展。
（2）人员培训：组织开展各类培训活动，提高员工业务素质，为注水工作提供有力保障。
（3）安全管理：严格执行安全生产责任制，加强安全检查，确保注水工作安全稳定运行。
5. 技术创新（1）推广应用新技术：我站积极引进和应用新技术，如智能注水控制系统、在线水质监测系统等，提高了注水工作的智能化水平。
（2）优化注水方案：针对不同区块特点，制定个性化注水方案，提高注水效果。
三、存在的问题及改进措施1. 存在问题（1）部分设备老化，影响注水效率。
（2）部分员工业务水平有待提高。
（3）水质监测仍存在一定程度的不足。
2. 改进措施（1）加大设备更新改造力度，提高设备运行效率。
（2）加强员工培训，提高业务水平。
（3）完善水质监测体系，确保水质达标。
四、下一步工作计划1. 继续优化注水方案，提高注水效果。
2. 加强设备管理，确保设备安全稳定运行。
3. 提高员工素质，确保注水工作顺利开展。
4. 深入推进技术创新，提高注水智能化水平。
提高油田地面注水系统效率技术应用
• 引言 • 油田地面注水系统概述 • 提高注水系统效率的技术应用 • 案例分析 • 结论与展望
01
引言
背景介绍
油田地面注水系统是油田开发中的重要环节，其效率直接影 响到油田的产能和经济效益。随着油田开发的深入，注水系 统的能耗和运行成本逐渐增加，因此提高注水系统效率对于 降低生产成本、提高产能具有重要意义。
经验总结
03
优化布局是提高注水系统效率的有效途径，需综合考虑管网压
力、流量等因素。
应用案例二：某油田智能控制技术的应用
智能控制方案
采用智能控制技术，实现 注水系统自动化控制。
实施效果
自动化控制提高了注水精 度，减少了人工操作误差， 提高了系统稳定性。
经验总结
智能控制技术是未来油田 注水系统的发展方向，可 有效提高系统效率和稳定 性。
应用案例三：某油田变频调速技术的应用
变频调速方案
通过变频器调节电机转速，实现注水 泵流量可调。
实施效果
经验总结
变频调速技术可有效提高注水系统的 灵活性和节能性，适用于多种工况需 求。
流量调节范围更广，注水压力波动小， 降低了能耗。
05
结论与展望
研究结论
注水系统效率得到显著提高
通过应用新技术，油田地面注水系统的效率得到了显著提升，有 效提高了油田的采收率。
加强智能化与自动化技术的 应用
通过加强智能化和自动化技术的应用，实现注水系 统的远程监控和自动调节，降低人工成本和操作风 险。
拓展跨界合作与创新
加强与其他行业的跨界合作，引入先进的理 念和技术，推动油田地面注水系统的持续创 新与发展。
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油气集输系统流程设计及优化
油气集输系统流程设计及优化发布时间：2023-06-05T02:31:02.765Z 来源：《科技潮》2023年8期作者：徐涛杨龙刘君[导读] 在油田实际生产过程中，油气集输系统节点多、线路长，涉及范围非常广泛。
长庆油田分公司第三输油处油房庄作业区靖安首站宁夏回族自治区银川市 750001摘要：在近几年的发展过程中，我国的油田发展逐渐步入一种较为尴尬的境地，因为油气存储量相对来说是固定的，我国在油田行业发展的初期又存在对油气的大肆开采现象，因此我国国内当下的油气储存量已经出现严重短缺的情况。
针对这一现状，想要实现油田行业的可持续发展必须对油气集输系统进行科学化的设计，同时还需要通过一系列有效的优化手段对其进行优化改进，进而可以实现我国油气开采行业的可持续化发展。
关键词：油气集输系统；流程设计；优化应用探究一、油气集输系统优化的必要性在油田实际生产过程中，油气集输系统节点多、线路长，涉及范围非常广泛。
由于生产过程中所涉及信息数量非常多，且种类丰富，对这些相关数据进行科学处理，也是油田生产以及设备维护的基础内容。
以往油田生产过程中，大多利用报表的形式来查阅和记录各种数据，不仅很难直观体现数据信息，还会加大工作量，若有人为因素影响，会导致整个油气集输系统运行效率降低。
通常集输管理难度较大，会在一定程度上影响整个集输网络运行的安全性和有效性。
对于开发时间较长的油田来说，工作难度会随着时间不断延长而逐渐增加，在实际应用过程中还会加大自然资源和社会资源消耗，甚至有时开采收益要远低于生产投入。
面对这种情况，我国必须使用更加先进的技术手段，节约能源开采的消耗量，进一步提高油气集输系统运行效率，这些是目前油田行业所面临的主要问题。
因此，对油气集输系统进行科学优化具有十分重要的意义。
二、油气集输系统设计流程2.1设计开采方案在整个油田生产流程中，油气集输系统是重要组成部分之一，对集输系统进行科学合理的设计，主要是在已经确定油气总体储备量的基础上，在正式开始进行集输系统设计之前，就需要制订完善的采油方案以及具体的施工措施。
丁烯-1装置运行分析及工艺优化
4 2015年燕山分公司MTBE合成装置生产含有21％（w）左右丁烯-1醚后碳四资源19万吨/年，因现有设施无法实现清晰分离，只能作为液化气外售，造成资源的浪费。
另外，公司每年需外购1.1万吨丁烯-1，以满足下游装置生产需要，为将有限的资源吃干榨尽，满足下游装置生产需求，2018年新建1.5万吨/年丁烯-1装置，分离出高附加值的丁烯-1产品，实现自给自足，降低生产成本。
丁烯-1装置开工以来，存在产品质量不合格、收率低等问题，分析装置生产运行中存在的问题，通过采取优化措施，保证丁烯-1产品质量，提高丁烯-1收率，使装置的适应能力不断加强，同时满足下游装置生产需求。
1 工艺流程简述来自MTBE合成装置的醚后碳四原料与氢气按照比例混合后进入加氢反应器。
加氢反应产物进入到脱异丁烷塔C-401，塔顶气相经冷凝后进入到回流罐，塔顶不凝气进入到尾气回收系统回收碳四，塔顶液相采出异丁烷，塔底物料进入到丁烯-1塔C-402。
C-402塔底脱除正丁烷及更重的组分[1]，塔顶气相进入脱异丁烷塔再沸器E-401A冷凝后为粗丁烯-1，大部分回流到C-402塔顶，小部分采出进入到精脱硫罐，脱除少量的硫化物，得到丁烯-1产品。
2 生产运行中存在问题2.1 产品质量不合格醚后碳四原料中1，3-丁二烯的含量设计值为2000mg/kg，实际生产中其含量有超过设计值情况，导致反应后物料1，3-丁二烯含量波动，丁烯-1产品中1，3-丁二烯含量超过40mg/kg，质量不合格。
2.2 丁烯-1收率低受上游装置来料影响，丁烯-1装置醚后碳四进料中丁烯-1、异丁烷、正丁烷含量波动大。
因此，按照固定计算量计算脱异丁烷塔C-401、丁烯-1塔C-402塔顶和塔底采出量，控制塔温、塔压，达到丁烯-1产品质量稳定，操作难度大，不易控制。
C-401塔顶异丁烷采出量大时，异丁烷中丁烯-1含量高；C-402塔底正丁烷采出量大时，正丁烷中丁烯-1含量高，都易导致丁烯-1收率低。
采油注水技术存在的问题分析
采油注水技术存在的问题分析摘要：目前油田大部分已经发展至开发的中后时期,为保障石油供应质量,企业大规模的应用注水工艺技术进行开采,本文就注水工艺技术中应用的问题进行分析,并应用该技术解决相关问题,以不断提升石油的出油率,确保我国能源供应安全性。
关键词：采油；注水工艺；相关问题1采油注水技术原理和步骤采油注水技术，也称为水驱或水驱采油，是一种常用的石油开采方法，用于提高油田的采油效率。
该技术通过注入水来增加油藏中的压力，推动原油流动并提高采收率。
以下是采油注水技术的基本原理和步骤：注水井的建设：在油田中选择适当的位置，建设专门的注水井。
这些井通常位于油藏中低压区域，以确保注入的水能够有效地传播到油藏中。
水源准备：采用地表水、地下水或再处理后的产水等作为水源。
确保水源质量符合注入要求，不会对油藏和设备造成不良影响。
水处理：进行适当的水处理，以去除悬浮物、溶解物和生物污染物，避免对油藏造成污染或堵塞。
注水井的压裂：有时候需要对注水井进行压裂处理，以增加注水井与油层之间的通透性，提高注水效果。
水注入与分配：通过注水井将处理后的水注入到油藏中。
注入的水通过孔隙和裂缝的连通性，扩展到含油层中，增加油层中的压力，推动原油向生产井流动。
生产井的开放：在采油井中合理选择合适的位置，将压力增大的油推向生产井，通过提高油井的产能，提高采收率。
通过采油注水技术，可以有效利用水资源，增加油藏的压力，改变油藏中的物理和化学性质，降低油的粘度，并提高原油的产量。
但是，需要注意适当控制注水量和注水压力，以避免引起地层的堵塞和泥垢沉积。
此外，也要密切监测油井和水源的状态，进行合理调整和管理。
需要根据不同油田的条件和特点，以及实际生产情况来选择和优化注水方案，以达到最佳的采油效果。
2采油注水技术存在的问题2.1水质问题水源的质量可能会影响注水效果和油田设备的正常运行。
若水中含有高浓度的固体颗粒、溶解物或含有酸性物质，则可能导致油井堵塞、设备腐蚀等问题。
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Table 2. The energy consumption in water injection system 表 2. 注水系统能耗情况
注水系统
泵机组
站内管线
注水系统
注水管线
注水阀组
注水系统
注水系统名称
输入能量/kW 损失能量/kW 损失能量/kW 回流损失/kW 损失能量/kW 损失能量/kW 输出能量/kW
Study on Optimized Operation Scheme of Water Injection System
Jiajun Xu1, Dongxu He1, Yuanfa Zhang1, Xinchang Yu2, Tao Ding3, Shouqin Li3
1Shengli Oil Production Plant, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying Shandong 2College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (Huadong), Dongying Shandong 3Dongxin Oil Production Plant, Shengli Oilfield Company, SINOPEC, Dongying Shandong
Table 1. The pressure loss 表 1. 压力损失情况
注水
注水泵
注水站
注水井
注水井
站内管线
注水管线
注水阀组
系统名称 排出压力/MPa 出口压力/MPa 阀前压力/MPa 井口压力/MPa 压力损失 MPa 压力损失/MPa 压力损失/MPa
宁海注
14.05
13.75
13.62
11.73
i =1
ηpiηei
(1)
m
∑ ( ) f = α i=1
p2i − p1i Qi ηpiηei
m
(2)
∑ Qi
i =1
式中：j 为注水总电能，kW∙h；f 为单位注水耗电量，(kW∙h)/m3；m 为一个注水站的注水泵台数；Qi 为第 i 台注水泵的排量，m3/d；p2i 为第 i 台注水泵的出口压力，MPa；p1i 为第 i 台注水泵的进口压力，MPa；ηpi 为第 i 台注水泵的效率，%；ηei 为第 i 台注水电机的效率，%；α 为单位换算系数，α = 0.2778。
4. 注水系统管理优化平台
4.1. 技术原理
基于有限元分析的思想和水力学的原理，根据油田注水系统管网拓扑结构的特点，建立油田注水系 统仿真模型。把水力摩阻系数改变造成的误差转变成等效管长的思想，建立管网的管段校核模型。将泵 的开停方案和泵的配注流量作为优化变量，以泵站总消耗最小为目标建立优化计算模型，并应用智能算 法来进行求解。整个注水管网系统的节点和管段的参数值都可以由仿真模型得到，并且可以通过优化模 型找出泵站运行的最佳方案，以达到注水系统节能降耗的目的。
宁海注 胜一注 胜四注 胜五注 胜六注 胜七注 胜八注 胜九注 总计
1628.5 2477.7 2018.9 6755.7 5057.3 4227.6 5375.0 4485.9 32,026.6
466.3 495.7 492.7 1710.4 1130.0 961.8 1275.6 1030.0 7562.5
2894.5
0
495.4
432.9
2493.6
0
2296.8
2510.5
18,837.1
3. 注水系统优化模型 3.1. 数学模型
注水泵开泵组合优化数学模型为：
DOI: 10.12677/jogt.2018.406127
102
石油天然气学报
注水系统优化运行方案研究
m
∑ ( ) j = α
p2i − p1i Qi
注水系统优化运行方案研究
注水系统优化运行方案研究
徐加军1，贺东旭1，张元法1，于欣畅2，丁 涛3，李守钦3
1中石化胜利油田分公司胜利采油厂，山东 东营 2中国石油大学(华东)石油工程学院，山东 青岛 3中石化胜利油田分公司东辛采油厂，山东 东营 作者简介：徐加军(1967-)，男，高级工程师，从事采油采气工艺技术应用工作。
Received: Sep. 30th, 2018; accepted: Oct. 28th, 2018; published: Dec. 15th, 2018
Abstract
In consideration of the actual situation of pressure loss and energy consumption of the water injection system in the oil production plant, by using the finite element analysis and hydraulic principle, according to the topological structure characteristics of the oilfield water injection system, the mathematical model of the injection pump combination optimization and the simulation model of the oilfield water injection system were established, and the graphic methods of parallel operation of water injection pump were proposed. Based on the technical principle of simulation and optimization for oilfield water injection system, the water injection system management and optimization platform is established, the optimal scheme of pump station operation is found through optimization model, and the purpose of energy saving and consumption reduction in water injection system is achieved.
13.84
12.17
0.4
0.66
1.67
胜八注
13.15
13.00
12.22
9.27
0.15
0.78
2.95
胜九注
13.70
13.57
13.01
11.08
0.13
0.56
1.93
平均
14.01
13.62
13.06
11.35
0.39
0.60
1.72
注水系统能耗情况见表 2，整体有效能量输出为 18,837.1 kW，占系统整体能耗 59%；机组损失 7562.5 kW，占系统整体能耗 24%；站内损失 540.2 kW，占系统整体能耗 2%；管线损失 2296.8 kW，占系统整 体能耗 7%；阀组损失 2510.5 kW，占系统整体能耗 8%。
关键词
注水系统，数学模型，仿真模型，管理优化平台，优化运行方案
Copyright © 2018 by authors, Yangtze University and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
根据注水管网模拟结果，在确定了注水站的出口流量和出口压力后，确定注水系统离心注水泵的型
号、开泵台数、泵的出口压力、工作流量、工作扬程与泵匹配的电动机型号及功率。
3.2. 仿真模型
注水系统仿真数学模型的建立主要研究系统中各单元的能量方程和管网中各节点的流量平衡方程， 采用相邻矩阵描述管网拓扑结构。
拟采用直接迭代与牛顿迭代的混合迭代方法对仿真模型进行迭代求解。在实际研究过程中发现对于 复杂管网的仿真模型求解时，由于牛顿迭代法需计算函数的导数值，使得到的特性矩阵的元素非常复杂 且规律性较差，难以对大型注水系统实现仿真计算。考虑到注水系统的结构复杂，系统方程维数较高， 为了保证计算的可靠性，研究中拟采用简单迭代法对仿真模型进行求解。
Keywords
Water Injection System, Mathematical Model, Simulation Model, Optimized Management Platform, Optimized Operation Plan
文章引用: 徐加军, 贺东旭, 张元法, 于欣畅, 丁涛, 李守钦. 注水系统优化运行方案研究[J]. 石油天然气学报, 2018, 40(6): 100-104. DOI: 10.12677/jogt.2018.406127
收稿日期：2018年9月30日；录用日期：2018年10月28日；发布日期：2018年12月15日
摘要
针对采油厂注水系统压力损失与能耗实际情况，应用有限元分析和水力学原理，根据油田注水系统管网 拓扑结构特点，建立了注水泵开泵组合优化数学模型和油田注水系统仿真模型，提出了注水泵并联工作 的图解法。根据油田注水系统仿真与优化的技术原理，建立注水系统管理优化平台，找出泵站运行的最 佳方案，达到了注水系统节能降耗的目的。
0.3
0.46
1.89
胜一注