注水管网系统压力分布的反向计算与分析

注水管网系统压力分布的反向计算与分析 注水管网系统压力分布的反向计算与分析 高胜常玉连(大庆石油学院) 刘伟(锦西化工机械集团有限责任公司) 摘要针对管网系统实际结构,提出了 管同系统压力分布的反向计算方法.该算法 油田生产开发数据库为基础数据源,应用 压力平衡点的概念将大规模环状管同结构分 解成多个呈树状结构的管网子系统,从而安 现了菅网系统中所有节点和管道单元的运行 参数的计算.在此基础上,给出了管同系统 压力分布是否合理的判定准则. 准酶地确定管网压力分布状态,即由注水站至 注水井的压力损失情况,不仅可以帮助管理人员及 时发现系统现存的问题,同时对调整系统调度 及管网改造方案也具有积极的意义.目前,管网系 统压力分布状态的计算以正向计算方式为主.正向 计算又称为模拟计算或仿真计算,它是根据管同系 统的实际物理模型来建立系统的数学模型,然后以 注水站及注水井的运行参数作为边界条件井对系统 数学模型进行解算,从而获得管网系统各节点的压 力值.实际计算明,由于管线穿孔,管线结垢, 注差较大等多种因素,要建立系统准确的数学模型 十分困难.经过对注水管网系统实际结构的分析与 研究,提出了一种管网压力分布状态的反向计算方 法,并对管网压力分布状态是否合理给出了相应的 判定准则. 1.管网系统结构分析 从基本组成单元分析,油田注水管网系统由两 种类型单元组成.一种是节点型单元,包括注水 站,配水问,注水井及管线交汇点等;另一种为管 道型单元,包括井排连通线,井排干线,注水支线 等.从注水流程分析,主要分为单井式配注和 多井式配注. 1.1单井式配注流程的基本结构 单井式配注是指注水井直接就近通过注水支线 连接在井排干线上,若干条井排干线构成了纯油区 的注水管网系统,井排干线之问基本处于平行状 态.注水站位于井排干线之间,通过井排连通线与 井排干线相连,从而完成注水站水量分配的功能. 1.2多井式配注流程的基本结构 多井式配注管网系统的基本结构与单井式配注 结构不同,若干个注水井首先与配水问相连井通过 配水间进行配水,然后再由配水问通过注水支线连 于井排干线末端或井排连通线上. 2.管网系统压力分布的反向计算 油田生产开发数据库是动态数据库,针对注水 井生产数据库而言,它包含注水井实际配注压力和 实际配注水量等信息.管网系统压力分布的反向计 算基本思路是以注水井为计算的初始点,经过反向 搜索确定管网系统中所有未知节点的压力值. 2.1管道型单元的数学模型 管道型单元的数学模型如下: g.=f(z,d,)(P一)(1) 式中:口为管道流量;i为管道单元编号;^,』为 管道单元两端节点编号;z,d.,分别为管道单 元长度,内径,沿程摩阻系数;P,p为管道单 元两端节点压力. 2.2干线节点压力的反向计算 对单井式配注流程,干线节点指注水井通过注 水支线与井排干线的交汇点;对多井式配注流程, 干线节点指配水间通过注水支线与井排连通线的交 汇点. 依据式(1),单井式配注流程中的干线节点压 力为 ‰=+ 【瓜等J(2) 式中:p为干线节点压力;p为所连注水井 的实际配注压力;g为该管道单元所连注水井的 实际配注水量. 对多井式配注流程,干线节点压力应按注水井 一配注问一干线节点方向进行反向计算.关键问题 是配水间的压力与流量的确定.根据节点流量平衡 "袖气田地面工程第2o卷第6朋'20D111)…作荇请访问http:llwww.puioad-com壹 询作品信息 ? 方程可知,配水间的流量应为所有所连注水井的实 际配注水量之和,而配水问的压力应进行特殊处 理,如式(3)所示 PmaxP—J—p2,一,P…【3J 式中:尸为配水问压力;…P一尸 为所有所连注水井反算出的配水问压力:msx(n, b,.)为取数值.,b,..中最大值的函数. 配水间的压力和流量变为已知量之后,仍可采 用式(2)计算相应的干线节点的压力值 2.3干线压力平衡点的确定 干线压力平衡点又称干线压力最低点暇定管 网中某干线的所有干线节点压力已知,根据压力降 方向可以确定管道中水的流动方向,干线中的水最 终汇集在该节点井注入井中.对大规模注水管网系 统而言,它存在多个压力平衡点,而且位于井排干 线和出站连通线之上.进一步,一旦确定了管网系 统中的所有压力平衡点.则任一大规模环状结构管 网系统都可被分解为多个子系统,各个子系统以注 水站为中心呈树状结构. 2.4子系统节点压力的反向计算 子系统节点压力的反向计算就是指对上述树状 结构子系统压力的反向计算.由于树状同中水流方 向已知,因而只要确定压力平衡点的水量分配即可 解决. 令 0干线节点 ?注水井 圈I压力平衡点流量分配示意图 如图(1)所示,节点2的水量来自节点1,3. :— qt-— 2 : f—— (—— l — t —— 2 —— , — d —— r —— . ~ — , — s —— t —— : — )—— v —— / : ( :: p :: , =: - :: P :: 2 : ) g一,(z,d,)?(P一P) (4a) 则由节点1供给节点2的水量为 2=g(4b) 由节点3供给节点2的水量为 g=) 子系统压力反向计算的过程见图(2).由压力 平衡点1,2可以确定干线节点5的压力及管道 (1),(2)的流量.同理由压力平衡点3,4可以确 定干线节点6的压力及管道(3),(4)的流量一最 终由干线节点5,6可以确定注水站7的压力及管 道(5),(6)的流量,而该子系统中的所有节点 的压力与所有管道的流量可以确定 图2子蓑统压力反向计算示意图 ,2,3.4一压力平衡点5,干线节点卜注水站 (I),(2),(3),(4),(5),(6)一管道 3.管网系统压力分布的判定准则 3.1注水管网系统满足配注要求的判定准则 对任一口注水井,它满足地质配注要求的判定 条件如式(Sa),(5b)所示: P<P<P(5a) 0.8Q<Q<1.2Q(5b) 式中:P为注水井实际配注压力;为注水 井地质要求配注压力;为注水井地质要求破裂 压力;Q为注水井实际配注水量;Q为注水井地 质要求配注水量. 注水管网系统满足配注要求的判定准则是以所 有注水井满足配注程度为依据而建立的.如式(6) 所示 R=(6)V0 式中:为注水系统满足配注程度;N.为满 足配注条件的注水井总数;为注水井总数. 3.2管道经济流速的判定准则 管道经济流速是指管线中水流动速度为某一数 值时.管道处于最优工况.若流速高于该流速,管 道阻力损失过大;若流速低于该流速,则管道负荷 较低,未充分发挥其潜力.针对实际情况,油田注 水管网系统常用的各种规格管道都有其相应的经济 流速.在进行管同系统分析时,主要关心流速超过 其经济流速过高的那些管道,它们构成了管网系统 运行的局部阻力点,耗能较高. 由于在管网系统的反向计算过程中,每一管道 的流量都可以计算得出,因此管道经祷流速的判定 准则如式(7)所示 叮If>1流速过高 .【?1流速正常 油气田地面工程第2o卷第6llg(2~1.II)…设计人员请访同http:ttwww.puioad.corn 查询可选产品信息15 lI?器i—?一 含水率,聚合物浓度及分子量 对采出液稳定性的影响 张秀虹乔丽艳赵风玲王钦福(大庆烛田设计院) 聚合物驱油技术作为一种新型的驱油技术已经 在大庆油田推广应用,其采出液是一种不同于水驱 采出液的新型油水混合体系,与水驱采出液相比, 由于聚合物的注入,油井采出液的含水率明显下 降,采出液油水乳状液稳定性增加,进而导致了油 水分离速度的明显降低及脱水难度的明显增加:本 文研究了采出液的含水率,聚丙烯酰胺(以下简称 聚合物)浓度及分子量这3种反映聚合物驱采出液 和水驱采出液差别的因素对采出液性质的影响 规律. 1.试验 (1)摸拟采出液的配制根据现场栗出液的主 要组成成分的分析测试与稳定性的测试结果,以主 要组成成分相似,脱水稳定性相似,沉降分离特性 相似,含水率相似为模拟条件,配制出研究用的模 拟采出液.模拟采出液的配制范围如下: 综合含水率(%):90,80,70,60; 聚合物含量(IL):0,100,200,300,400. 6OO,800; 聚合物分子量(×10):160,300,322,532. 839,1000. (2)采出液稳定性的评价方法.结合采出液处 理的实际情况,有针对性地选择脱水率为采出液稳 定性的衡量指标,在相同的破乳剂投加量和脱水时 间下,脱水率越高,采出液的稳定性越差,油水分 离的难度越小;脱水率越低,稳定性越高,油水分 离的难度越大. 式中:为管道经济流速判定参数;,为管道的流 速;为该种类型管道的经济流速;q.为管道的 流量;s为管道的过流面积;为管道编号. 对于流速过高的管道,可根据实际情况判断是 否需要更换大直径管线或增加复线. 3.3井排干线压力分布的判定准则 按管网系统地理关系划分,中部纯油区注水井 排列比较规则,注水井数量占总注水井大部分通 过多条近乎平行的井排干线进行配水:分析柑邻辨 排干线之间的压力分布规律,可以有效地判别它们 之间的连通性能. 在注水干线数量为n的注水管同系统中,?立 定每个井排干线上压力检测点数为m,则所有检 测点压力值可用矩阵砖表示,相邻井排i线的压 力差值用集合尸mJ)(0<f<)表示. 分析集台尸H),取其中最大或若干较大数 值.可以获得相应节点的坐标,则井排连通性能较 差位置可以得出.对此可对邻近注水站的泵方案进 行调整或考虑增加井排干线之间的连通线. 4.结论 (1)油田注水管网系统是一大规模复杂流体网 络系统根据管网系统实际结构特点.提出了一种 新的管网系统的反向计算方法.该算法以油田生产 开发数据库为基础数据源.应用压力平衡点的概念 将大规模环状管网结构分解成多个呈树状结构的管 网子系统,从而实现了管网系统中所有节点和管道 单元的运行参数的计算. (2)为了提高计算的准确程度,可取多日的生 产数据进行计算,按出现问题的比率确定管网系统 的现存问题,从而为系统的优化调度和管网改造提 供依据. (3)本文提出的管网系统压力分布反向计算方 法及其判定准则具有一般性,它不仅可适用于注水 管网系统,同时对具有类似结构特征的污水处理系 统及天然气管道系统也有很好的借鉴作用. (收稿日期20o0.12—07编辑杨军) 16油气田地面工程第20卷第6Igl(zee].11)…作者请访同http:ttwww.puioad.eom查 询作品信息 , 酒g莲疆攘蘸l女