注水作为油田开发的一种十分重要的开采方式,可以有效地补充地层能量,对提高原油采收率,确保油田稳产或高产起到积极作用。但是,注水过程消耗了大量的能量。据统计,油田注水耗电量一般占油田总用电量的40％-50％,并且随注水量的增加还将持续上升。为适应不同时期、不同阶段油田对注水量的变化要求,需要经常地调整注水系统生产运行方案。多年来,注水系统的运行主要是靠注水管理人员的经验来实施,难以保证系统在优化的状态下工作,致使注水效率较低,注水能耗偏高。因此,进行注水系统优化运行技术研究,对于提高注水系统运行效率、降低注水能耗、实现油田地面工程高效、低耗、有序调整和科学管理将起到重要作用。 本文主要从以下几个方面开展了研究： 分析研究了油田注水系统的工艺流程和管网结构特点,采用流体力学理论和有限元节点连接的思想,建立了油田注水系统树枝状管网和环状管网水力计算的数学模型。由于求解模型属于大型非线性方程组,根据注水管网的结构特点提出了相应的简化策略,并采用迭代法进行求解,提高了问题的求解效率和可靠性。 在给定管网拓扑结构的条件下,以管网的初始投资和运行费用之和最小为目标,建立注水管网参数优化模型,利用遗传算法对注水管网的管径进行优选,并编制了计算分析软件,结果表明采用遗传算法确定管网参数,能够实现投资和运行费用最低的目标。 研究了油田注水系统开泵方案优化问题。提出了基于泵站注水系统效率最高的泵站运行优化模型,应用神经网络技术和选用复合形法优化算法,能有效的实现泵站节能。由仿真实验所得结果可知,该方法具有计算速度快和收敛精度高的优点,能明显提高注水泵站优化设计的质量。 在综合考虑管网改造投资和注水系统运行费用的基础上,建立了油田注水系统改造工程优化设计的数学模型,综合了注水管网系统改造管网优化布局、管线参数优化及改造后系统的优化运行,采用两层迭代的计算方法对模型进行求解,结合设计人员对油田开发形势的综合分析,可确定出最佳的改造方案。 对油田正在使用的不同材料、热处理方式和工作年限下的注水用油管柱进行了耐压试验和腐蚀量的测试,结合其机械性能,对实际油井内的油管进行了使用效果评价,同时对J55和N80钢级新旧油管在不同下入深度上的组合进行了设计,并给出了确定下入深度时能承受的注水压力。最后为解决油田单井增压注水工艺的需要,利用帕斯卡原理设计了井底差动式高压增压器,根据增压原理建立了增压系统的数学模型和系统的仿真模型,通过仿真分析表明,设计的增压器能满足单井增压注水工艺的使用要求。