(最新)油田大型注水系统水力计算模型的建立及求解

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1、第3O卷第5期西安工业大学学报V0L30No．52010年1O月JournalofXi’anTechnologicalUniversityOct．2010文章编号：1673—9965(2010)05—438—04油田大型注水系统水力计算模型的建立及求解胡小英，胡加兴，张维光(西安工业大学光电工程学院，西安710032)摘要：为了快速、准确地计算出大型注水系统中各相应管段中的流量及压力，提出了简化大型注水系统的模型，选取最具代表性的子系统，根据管段的能量平衡方程建立普遍适用的管网水力计算模型，采用牛顿迭代法求解，其计算精度高．利用该算法对新疆石油管理局703泵站的第6条主

2、干线中的流量及压力进行计算，得流量的绝对误差均值为1．34×10-4m3／s，水头压力绝对误差均值0．74980m，比查表推算法的精度高出21．关键词：注水系统；模型简化；水力模型；数值分析中图号：TE01文献标志码：A随着油田进人高含水开发期，注水量大幅度增网、配水间、注水井及管网附件组成，是一个包含数加，注水耗电在原油生产成本比例中显著上升，其台乃至数十台大功率注水泵、电动机、流量控制阀中在油田的生产过程中，总电耗已超过原油生产总及数百公里地下管线的庞大的流体网络系统．而且成本的6O(含机械采油)[1；其中注水耗电占产目前大多数油田的注水系统采用好几个注水泵站油总耗

3、电的4O『6]．可见，提高注水系统效率，降对管网系统进行联合注水，每个注水泵站均有7～低注水单耗，优化管网运行势在必行l7]．目前各大8根管网主干线，每根主干线又连接着若干条支中型油田开采中已形成了设备完善的油田地面注线，支线上连接着相应的配水间(大约有250多水系统[8]，它是一个巨大规模的复杂的多元多阱非个)，每个配水间最少连接8台注水井，文中以这一线性流体网络系统，正确控制注水，保证油田长期复杂的注水系统为基础，选取代表性子系统，并对高产稳产和注水节能是注水系统运行中的两大主其进行简化．将注水泵站化为源点，主干线与支干要问题．注水方针和系统优化能否有效提高系统运线

4、(或主干线)的交点为节点，配水间及注水井为阱行水平，关键之一是建立正确的水力计算模型，但点．简化后的管网图如图1所示，图1中0为泵站迄今为止，国内外尚未有现成的理论方法，而工程出口处，1"--4分别为主干线上的管段；11为第一条上大多数采用手算和查表推算的方法rg，这不仅主干线所生成的枝干线；21为第二条主干线所生增加了计算量，降低了计算速度，也难以满足工程成的枝干线；31为第三条主干线所生成的枝干线；技术发展的要求．文中提出的这种基于油田注水管41为第四条主干线所生成的枝干线．网水力计算模型具有计算精度高，速度快，编程简单等优点，真正解决了大型油田注水管网水力计算问题

5、．1注水系统的基本结构及模型图1简化后的管网Fig．1Predigestedpipeline油田注水系统主要由若干个注水泵站、注水管*收稿日期：2010—03—12基金资助：国家自然科学基金(50975228)及西安市创新计划项目(CXY1007—3)作者简介：胡小英(1978一)，女，西安工业大学讲师，主要研究方向为光电技术及注水工艺．E—mail：huxiaoyingO07@21cmcom．第5期胡小英等：油田大型注水系统水力计算模型的建立及求解4392模型的建立^”“+(l1一0)一H2．1管段方程对于注水管网中的任意管段，其压降方程为一”+H===Z+△(1)(

6、21一0)一Hzga式中：H为扬程，是单位重量液体通过泵所获得的一+能量，(单位是米(m))；为液流的平均速度(单位为米每秒(m／s))；d为管段内径(单位为米(m))；(23l—o)一H(8)Az为管段终点与起点高程差(单位为米(m))；g为一针+重力加速度(单位为米(m／s))；l为管段长度(单位为米(m))；为水力摩阻系数，—f(Re，￡)，其(241一zo)一H中Re一一40／￡，，e一2e／d，Re为雷诺数fa—Q1一Qll—Q(流态准则数)；u为流体运动粘度(单位为-厂6一Q2一Q2一(m／s))；为管壁相对当量粗糙度；e为管壁绝对当-厂7一—Q3一Q4量粗

7、糙度(单位为米(m))；-厂8===Q4一Q4对于任意支状管网系统，其管段总压降可根据一a+1一cQ}一H管段的串并联关系叠加计算，如图1所示，当该管由式(8)得到了一组关于各个管段的流量Q段在某一状态下工作时，其管段总压降为和压降H的非线性方程组．即ffl(Ql，Q11，Q2，O21，，1，Q4，Q41，H)一0H—1l+11“+l1一。)(2)；(9)由流量和速度关系式一得【(Q，QQ2，Q2，，，Q4，Q4l，H)一02．3方程的求解Hll+(Zll-Z0)由数值分析知个未知数的非线性方程组为(3)f／(xl，X2，⋯，z)一0同理