一种海上油田注水系统节能优化方法及系统与流程

本发明涉及海上油田注水系统运行控制，尤其涉及一种海上油田注水系统节能优化方法及系统。

背景技术：

1、海上油田注水系统通过注水泵组增压，经干线管网及支线调节阀向各注水井分配注入水量。在该系统中，泵组出口压力、支线阀门开度、单井配水量与井口注入压力之间存在显著的非线性耦合关系，泵组出口压力的设定直接影响系统整体能耗与各注水井的压力分配状态。为降低在线优化的计算开销，部分方法采用基于仿真工况数据训练的代理预测模型，以建立控制变量与井口注入压力及泵组功率之间的映射关系，从而减少机理仿真模型的调用次数。

2、然而，现有基于代理预测模型的注水系统优化方法通常仅以单变量取值范围作为模型使用边界，缺乏对输入工况在训练样本分布结构层面的可信性约束，导致代理模型在训练样本覆盖范围之外的工况下存在较高的预测失真风险，所生成的优化方案不具备工程可信性，进而影响现场控制执行的安全性与稳定性。

技术实现思路

1、本发明提供一种海上油田注水系统节能优化方法及系统，用以解决现有技术的缺陷。

2、本发明提供一种海上油田注水系统节能优化方法，包括：

3、s1：将流体仿真工况样本输入代理预测模型进行训练，得到代理预测模型，并基于所述流体仿真工况样本对所述代理预测模型构建多维可信适用域；

4、s2：将目标工况的控制变量输入所述多维可信适用域进行可信性校验，将通过校验的所述目标工况输入向量输入所述代理预测模型进行预测计算，得到基准井口注入压力集合及基准泵组功率；

5、s3：以所述目标工况输入向量中的泵组出口压力为起点，按预设步长对泵组出口压力执行单调逐级下降处理，在每一泵压层级下，基于多个注水井的井口注入压力裕度对支线阀门开度进行分级补偿调整，得到多层泵阀协同候选运行方案集合；

6、s4：将所述多层泵阀协同候选运行方案集合中的多个候选方案同时输入设备物理运行边界约束与所述多维可信适用域约束进行交集筛选，由交集筛选获得有效候选运行方案集合；

7、s5：基于压力安全约束及节能约束对所述有效候选运行方案集合进行综合评价排序，得到最优泵组出口压力及最优支线阀门开度设定值。

8、根据本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法，步骤s1进一步包括：

9、s11：将流体仿真工况样本输入代理预测模型进行训练，得到描述注水系统控制变量与井口注入压力及泵组功率之间非线性映射关系的代理预测模型；

10、s12：对所述流体仿真工况样本中的多个单变量参数，分别提取最大值与最小值，得到单变量参数取值边界集合；

11、s13：以所述流体仿真工况样本为参考集，计算多个目标输入向量与参考集中训练样本之间的距离度量，得到局部邻域一致性指标；

12、s14：基于所述流体仿真工况样本的分布状态，统计各输入空间区域内的样本分布密度，得到样本分布密度分布图；

13、s15：由所述单变量参数取值边界集合、所述局部邻域一致性指标及所述样本分布密度分布图共同确定所述多维可信适用域。

14、根据本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法，步骤s1中的所述代理预测模型以预训练序列模型为基础模型，所述代理预测模型采用参数高效微调方式对所述基础模型进行微调获取。

15、根据本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法，步骤s2中进行的可信性校验包括：

16、s21：将所述目标工况的各控制变量分别与所述多维可信适用域中的单变量参数取值边界集合进行逐一比对，若任一参数超出对应边界范围，则生成包含参数名称、当前输入值、边界上下限及超限方向的校验报告，并终止后续优化流程；

17、s22：对通过单变量参数取值边界集合校验的目标工况控制变量，补充固定管道参数、流体物性参数及设备结构参数，得到目标工况输入向量。

18、根据本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法，步骤s3中的所述分级补偿调整包括：

19、s31：将每一泵压层级下各注水井的井口注入压力预测值与对应的允许最低注入压力做差，得到各注水井的井口注入压力裕度；

20、s32：根据计算得到的井口注入压力裕度由小到大对各注水井进行优先级排序，得到注水井优先级排序结果；

21、s33：结合泵组出口压力变化对多个支线阀门的局部影响关系，依照所述注水井优先级排序结果对对应支线阀门开度依次进行补偿调整，得到当前泵压层级下的支线阀门开度补偿方案；

22、s34：将当前泵压层级与支线阀门开度补偿方案组合，获得多层泵阀协同候选运行方案集合。

23、根据本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法，步骤s33中所述补偿调整的具体方式为：

24、优先对所述注水井优先级排序结果中压力裕度较小且对泵组出口压力变化敏感度较高的注水井所对应的支线阀门进行开度增大调整；

25、在每次阀门开度调整后，将调整后的控制变量重新输入所述代理预测模型进行预测计算，以预测计算结果更新当前候选方案的井口注入压力及泵组功率，并作为下一次调整的输入。

26、根据本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法，步骤s3中所述多层泵阀协同候选运行方案集合的生成过程采用快速启发式优化算法，所述快速启发式优化算法具体为：

27、在每一泵压层级下，对支线阀门开度在当前状态邻域内按预设扰动步长进行局部候选扩展，得到多组阀门扰动候选组合；对每一所述阀门扰动候选组合，即时调用所述代理预测模型进行预测计算，并根据综合评价函数对预测结果进行即时评价筛选；

28、在持续寻优过程中，当连续若干次候选扩展均未使综合评价函数值改善时，触发早停机制，终止当前泵压层级下的候选扩展过程。

29、根据本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法，步骤s5中，基于压力安全约束及节能约束对所述有效候选运行方案集合进行综合评价排序时，所述节能约束以所述基准泵组功率为参照，所述压力安全约束以所述基准井口注入压力集合为参照。

30、根据本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法，步骤s5中所述综合评价排序的约束模式包括：

31、当所述目标工况存在对应的流体仿真参考结果时，进入验证模式，所述验证模式具体为：计算所述有效候选运行方案集合中多个候选方案的预测井口注入压力相对于所述流体仿真参考结果的相对偏差，剔除所述相对偏差大于第一预设阈值的候选方案；

32、当所述目标工况不存在对应的流体仿真参考结果时，进入部署模式，所述部署模式具体为：计算所述有效候选运行方案集合中多个候选方案的预测井口注入压力相对于所述基准井口注入压力集合的平均相对变化量，剔除所述平均相对变化量大于第二预设阈值的候选方案。

33、本发明还提供一种海上油田注水系统节能优化系统，用于执行如以上任一项所述的一种海上油田注水系统节能优化方法，包括：

34、训练模块：用于将流体仿真工况样本输入代理预测模型进行训练，得到代理预测模型，并基于所述流体仿真工况样本对所述代理预测模型构建多维可信适用域；

35、计算模块：用于将目标工况的控制变量输入所述多维可信适用域进行可信性校验，将通过校验的所述目标工况输入向量输入所述代理预测模型进行预测计算，得到基准井口注入压力集合及基准泵组功率；

36、调整模块：用于以所述目标工况输入向量中的泵组出口压力为起点，按预设步长对泵组出口压力执行单调逐级下降处理，在每一泵压层级下，基于多个注水井的井口注入压力裕度对支线阀门开度进行分级补偿调整，得到多层泵阀协同候选运行方案集合；

37、筛选模块：用于将所述多层泵阀协同候选运行方案集合中的多个候选方案同时输入设备物理运行边界约束与所述多维可信适用域约束进行交集筛选，由交集筛选获得有效候选运行方案集合；

38、输出模块：用于基于压力安全约束及节能约束对所述有效候选运行方案集合进行综合评价排序，得到最优泵组出口压力及最优支线阀门开度设定值。

39、本发明提供的一种海上油田注水系统节能优化方法及系统，通过构建涵盖单变量参数取值边界、局部邻域一致性及样本分布密度的多维可信适用域，使代理预测模型的可信使用边界从传统的单一范围约束扩展为结构化的多层次约束空间，从而在目标工况校验与候选方案生成两个环节同时限制了模型在训练分布外的外推风险，有效降低了优化结果因模型预测失真而导致现场执行失稳的概率。其次，本发明以泵组出口压力逐级下降为主调路径，结合基于井口注入压力裕度的支线阀门分级补偿调整机制，使泵压调节与阀门控制形成协同联动关系，避免了传统解耦控制方式下局部注水井因压力裕度不足而产生的配注失稳问题，多井系统的整体压力协调能力得到显著改善。另外，本发明还通过将设备物理运行边界约束与多维可信适用域约束进行交集筛选，候选运行方案在模型预测可信性与工程可执行性两个维度上同时得到保障，从根本上减少了不可执行方案进入评价排序环节的概率。此外，本发明通过快速启发式优化算法结合有限试探策略与连续无改善早停机制，使候选搜索空间得到有效压缩，在线优化的计算效率大幅提升，能够满足海上油田注水系统对实时控制响应的需求。本发明还通过双模式稳定性评价机制的引入，进一步使本发明在有仿真参考结果与无参考结果的新工况下均能输出具有压力稳定性保障的最优泵组出口压力及支线阀门开度设定值，拓宽了方法的工程适用范围。