稠油油藏气水电热剂综合利用路径规划模型的建立方法与流程

1.本发明涉及油田开发技术领域，特别是涉及到一种稠油油藏气水电热剂综合利用路径规划模型的建立方法。


背景技术：

2.当前我国石油对外依存度超过72％，油气供给安全形势十分严峻；同时，油气行业既是能源的生产者，也是能源消耗的大户，绿色可持续发展任务艰巨。以胜利油田为例，每年产油量2342万吨，随着新增储量品位下降，稳产任务艰巨，油田开发已全面进入特高含水阶段，每年产水量高达2.75亿吨，总耗能249万吨标准煤，绿色可持续发展面临挑战。
3.水驱及热采稠油是油田开发的主体，产量占比95.2％，“十一五”以来产水、注水规模持续上升，年产水从2006年24563万吨上升到2013年28791万吨，上升了17％，富余污水规模持续增大。2012年前环保要求污水处理达标后可外排，2012年后要求零外排。现有技术中，稠油油藏，清水制汽790万方/年，富余出水3800万方/年；若将富余的水通过钻井增压回灌，需打井350口，耗电1.2亿千瓦时，能耗高且投入大。此外，油田开采过程中还可产生大量的锅炉尾气、含有各种化学剂的含油污泥；产出污水中含有大量余热。因此，如何实现油田富余废水等资源的高效利用，实现节能减排是油田开发面临的一大挑战。
4.目前，虽然已有产出溶解气回收利用技术，泥浆岩屑集中回收处理工艺，采出水污水生化处理技术、污水资源化利用技术，产出污泥方面的含油污泥调剖工艺，余热方面的采出液余热利用技术等。但是如何综合利用以上资源，现有技术尚未有相关报道。
5.实现上述资源最大化利用，获得良好的经济效益和社会效益，需要克服以下问题：
6.(1)如何高效的规划以上各资源的利用途径，达到高效率、低耗能的资源化利用目的；
7.(2)如何综合考虑能耗、成本及经济效益，使得各资源的利用率最大，路径最优，节省成本最高，经济效益最好，环保质量最高。


技术实现要素：

8.针对以上所述问题，本发明提供一种稠油油藏气水电热剂综合利用路径规划模型的建立方法。
9.本发明通过以下技术方案实现；
10.本发明提供一种稠油油藏气水电热剂综合利用路径规划模型的建立方法，其包括：
11.步骤1，构建各介质资源利用路径结构模型；
12.步骤2，建立各介质资源利用后的节约能耗、节约成本、增产油量与路径结构、开发末端值的路径关系模型；
13.步骤3，采集各介质资源利用路径的样本数据，求解路径关系模型；
14.步骤4，建立以目标效益最大化的各介质资源综合利用路径规划模型；
15.步骤5，建立综合利用路径规划模型的约束条件；
16.步骤6，获得综合利用路径规划模型；
17.本发明介质资源包括但不仅限于以下资源：气体资源，水资源，电资源，余热资源，含有化学剂的含油污泥资源。
18.优选地，在步骤1中，资源利用路径结构模型：
19.r(ω
o
,ω
p
,n
n
)
20.其中，ω
io
为各介质资源路径来源集合，ω
ip
为各介质资源利用路径集合，n
in
为各介质资源利用路径的个数。
21.进一步优选地，气体资源利用路径来源为锅炉尾气、套管溶解气、气田天然气中的一种或几种；优选地，气体资源利用路径包括：回注油藏、油田制汽锅炉燃料、居民供暖锅炉燃料、捕集后生活利用中的一种或几种。
22.进一步优选地，水资源利用路径来源包括产出液、洗盐污水、完井洗井酸化压裂产生的污水中的一种或几种；优选地，水资源利用路径包括：水驱油藏、锅炉用水、调配钻井泥浆、补充地层能量、达标外排中的一种或几种；
23.进一步优选地，节电路径来源包括：制汽端，输汽端，井筒注汽端，举升端，集输段中的一种或几种；优选地，节电利用路径包括：制汽端，输汽端，井筒注汽端，举升端，集输段中的一种或几种；
24.进一步优选地，余热资源路径来源包括高温污水、低温污水、锅炉烟气余热中的一种或几种；优选地，余热资源利用路径包括：输油，卸车油，居民供热、加热原油、生活用水加热中的一种或几种；
25.进一步优选地，含有化学剂的含油污泥资源利用路径来源包括：油罐处理后含油污泥，落地油泥、污水处理后含油污泥、油气运输过程中含油污泥、石油炼化后的含油污泥中的一种或几种；优选地，含有化学剂的含油污泥资源利用路径包括：制备调剖剂、固化处理后制备建筑材料、热解处理作为燃料、制备再生煤中的一种或几种。
26.优选地，在步骤2中，建立各介质资源利用后的节约能耗e、节约成本c和/或增产油量q
oj
与路径结构、开发末端值q
i1
的路径关系模型：
27.e
i
＝f
i
{r
i
(ω
io
,ω
ip
,n
in
),q
i1
}
28.e
e
＝f
e
{r
e
(ω
eo
,ω
ep
,n
en
)}
29.c
i
＝g
i
{r
i
(ω
io
,ω
ip
,n
in
),q
i1
}
30.c
e
＝g
e
{r
e
(ω
eo
,ω
ep
,n
en
)}
31.q
oj
＝h
j
{r
i
(ω
io
,ω
ip
,n
in
),q
i1
}
32.其中，f、g、h为各介质节约能耗、节约成本、增产油量的函数模型；i＝g,w,h,s；j＝g,w,s；g代表气体资源，w代表水资源，e代表电资源，h代表余热资源，s代表含有化学剂的含油污泥资源；
33.优选地，开发末端环节值q
i1
；包括：年产气量q
g1
，年产污水量q
w1
，年产高、低温污水量q
h1
，年产含油污泥量q
s1
。
34.进一步优选地，各介质资源节约能耗值e
i
可按照热焓折算成当量标准煤：
35.e
i
＝q
i2
×
α
i
36.其中，q
i2
为某一介质资源实际可利用回收的末端值；α
i
为某一介质资源当量折算
标准煤系数。
37.进一步优选地，各介质利用后的节约成本值c
i
根据各介质资源的单价计算。
38.进一步优选地，气体资源、水资源、含有化学剂的含油污泥资源利用后的增产油量可以根据矿场实际或油藏数值模拟计算获取。
39.优选地，在步骤3中，采集各介质资源利用路径的样本数据进行训练，求解各介质资源利用后的节约能耗、节约成本、增产油量的关系模型；
40.优选地，采用神经网络方法对样本集进行训练，求得模型f
i
、f
e
、g
i
、g
e
、h
j
，i＝g,w,h,s；j＝g,w,s；g代表气体资源，w代表水资源，e代表电资源，h代表余热资源，s代表含有化学剂的含油污泥资源。
41.优选地，在步骤4中，建立以目标效益最大化的各介质资源综合利用路径规划模型，用矩阵表示为：
[0042][0043]
其中，y表示为综合经济效益值，η
g
、η
w
、η
e
、η
h
、η
s
分别表示气体资源、水资源、电、余热资源、含有化学剂的含油污泥介质的权重，λ
e
、λ
c
、λ
q
分别表示综合利用指标节约能耗、节约成本、增产油量的权重，p
c
为标准煤价格，p
o
为原油价格。
[0044]
优选地，在步骤5中，建立各介质资源综合利用路径规划模型的约束条件；所述路径模型的约束条件包括利用路径来源约束条件、利用路径约束条件、利用路径个数约束条件、各介质利用率约束条件；
[0045]
优选地，利用路径个数大于等于1，各介质利用率大于0。
[0046]
本发明为老油田气水电热剂综合利用路径的规划提供了一种新方法。稠油老油田开发过程中，产生大量的污水、含油污泥以及伴生天然气，如果这些资源外派不加以利用，必然带来严重的环境污染和大量的资源浪费。尤其是进入了老油田开发后期，能耗与生产成本快速上涨，效益下降，如何有效的利用有限资源，节省能耗，降低成本，提高经济效益，是油田可持续发展一个重要课题。随着资源化利用最大化的开发理念的深入与实践，油田开发过程中气水电热剂综合利用循环开发技术得到了推广应用普及，并逐步成熟，带来了巨大的经济效益和社会效益。如何更加经济、有效、快速的规划气水电热剂各个介质的利用路径，使得资源化利用最大化，能耗与成本最小化，经济效益最优化，是一个值得研究的问题。
[0047]
针对此问题，本发明开展了稠油老油田气水电热剂综合利用路径规划模型与方法研究。首先根据矿场资源化的利用现状，构建气水电热剂各介质利用路径结构模型，建立气水电热剂等各介质利用路径节约能耗、节约成本、增产油量与路径结构、末端环节值的路径关系模型，然后采集气水电热剂利用路径的矿场样本数据进行训练求解路径关系模型，最后建立考虑指标权重、介质权重的以目标效益最大化的气水电热剂综合利用路径规划模型。
[0048]
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
[0049]
本发明方法简单实用，解决了气水电热剂多个介质的综合利用路径的规划问题，
实现了每个介质的最优利用路径的选择，达到了资源利用最大化、节约能耗最大、节约成本最高、循环利用经济效益最优的目的，对于提高稠油老油田开发过程中资源化利用能力和水平以及开发管理水平都具有重要的意义。
[0050]
本发明方法是针对稠油老油田绿色高效开发需要，对油田开发过程中的气、水、电、热、剂开展循环利用，合理规划资源化利用途径，提高资源化利用效率的综合利用路径规划方法。
附图说明
[0051]
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0052]
图1为本发明所述方法一具体实施例的流程图。
具体实施方式
[0053]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0054]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。
[0055]
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
[0056]
如图1所示，为本发明所述稠油油藏气水电热剂综合利用路径规划模型的建立方法。
[0057]
在步骤101中，某油田区块地层埋深1030m，渗透率750md，孔隙度35.3％，油层温度63℃，地层温度下脱气原油粘度为6500mpa
·
s，溶解气油比15m3/t，原始地层压力11.5mpa。该区块目前共有吞吐井数30口，常规生产井120口。吞吐井周期轮次平均达到了7.5个左右，进入了高轮次吞吐开发期。根据该油田区块2016年的气水电热剂资源化利用情况，建立了该油田的气水电热剂各介质利用路径结构模型。
[0058]
a：从油田中2016年生产情况来看，产出天然气除了用于商业销售外，剩余部分用于燃气锅炉燃料；锅炉尾气则可以用于回注油藏，辅助稠油油藏开发。
[0059]
气体资源利用路径结构模型为r
g
(ω
go
,ω
gp
,n
gn
)，由气体资源利用路径来源、气体资源利用路径节点以及气利用路径个数组成。其中ω
go
为气体资源路径来源集合，满足：
[0060]
{锅炉尾气，套管溶解气}∈ω
go
；ω
gp
为气体资源利用路径节点集合，满足：
[0061]
{回注油藏，锅炉燃料}∈ω
gp
；气体资源利用路径节点的个数n
gn
＝2。
[0062]
b：该块2016年的产出污水一部分经过水质处理后，作为锅炉制取蒸汽水来源用于30口蒸汽吞吐井；二是剩余污水应环境保护严苛要求，污水全部回注其它120口常规注水油藏中。
[0063]
水资源利用路径结构模型为r
w
(ω
wo
,ω
wp
,n
wn
)，由水利用路径来源、水利用路径节
点以及水利用路径个数组成。其中ω
wo
为水路径来源集合，满足：
[0064]
{产出液}∈ω
wo
；ω
wp
为水利用路径节点集合，满足：{回注油藏，锅炉注汽来源}∈ω
wp
；污水资源化利用路径的个数n
wn
＝2。
[0065]
c：该块举升系统通过节能优化后，采用了先进的节能举升装置，节约了大量的电能。节约的电能可应用于各个生产环节。
[0066]
节电利用路径结构模型为r
e
(ω
eo
,ω
ep
,n
en
)，由节电路径来源、节电路径节点以及节电路径个数组成。其中ω
eo
为节电路径来源集合，满足：
[0067]
{举升端}∈ω
eo
；
[0068]
ω
ep
为节电利用路径节点集合，满足：
[0069]
{制汽端，输汽端，井筒注汽端，举升端，集输段}∈ω
ep
；节电利用路径的个数n
en
＝5。
[0070]
d：余热资源主要是来源于该块产出的80℃的高温污水和55℃的低温污水，通过热量回收或者热交换设备提取产出水的热焓，可为管输、卸车油及原油外输、供暖提供热量。
[0071]
设余热资源利用路径结构模型为r
h
(ω
ho
,ω
hp
,n
hn
)，由热路径来源、热路径节点以及热利用路径个数组成。其中ω
ho
为路径来源集合，满足：{高温污水，低温污水}∈ω
ho
；ω
hp
为利用路径节点集合，满足：{输油，卸车油，原油外输}∈ω
hp
；余热资源利用的路径个数n
hn
＝3。
[0072]
e：该块原油在生产、集输处理后，产生大量的含有化学剂的含油污泥，部分经过处理制成调剖剂，回注油藏可改善层间非均质性和开发效果，达到资源化利用的目的。
[0073]
设含有化学剂的含油污泥利用路径结构模型为r
s
(ω
so
,ω
sp
,n
sn
)，由含有化学剂的含油污泥利用路径来源、剂利用路径节点以及剂利用路径个数组成。其中ω
so
为含有化学剂的含油污泥利用路径来源集合，满足：{油罐处理后含油污泥}∈ω
so
；ω
sp
为含有化学剂的含油污泥利用路径节点集合，满足：{制备调剖剂}∈ω
hp
；调剖剂利用路径的个数为n
sn
＝1。
[0074]
同样，统计2015、2014年的各介质资源利用情况，确定了2015年、2014年的各介质资源的路径来源、路径节点和路径个数。
[0075]
流程进入到步骤102。
[0076]
建立各介质资源利用路径节约能耗、节约成本、增产油量与路径结构、末端环节值的路径关系模型。
[0077]
节约能耗关系模型：e
i
＝f
i
{r
i
(ω
io
,ω
ip
,n
in
),q
i1
}(i＝g,w,h,s)
[0078]
电的节约能耗关系模型：e
e
＝f
e
{r
e
(ω
eo
,ω
ep
,n
en
)}
[0079]
气、水、热、剂的节约成本关系模型：c
i
＝g
i
{r
i
(ω
io
,ω
ip
,n
in
),q
i1
}(i＝g,w,h,s)
[0080]
电的节约成本关系模型：c
e
＝g
e
{r
e
(ω
eo
,ω
ep
,n
en
)}
[0081]
增产油量关系模型：q
oi
＝h
i
{r
i
(ω
io
,ω
ip
,n
in
),q
i1
}(i＝g,w,s)
[0082]
其中，各介质资源节约能耗值e
i
可可按照热焓折算成当量标准煤：
[0083]
e
i
＝q
i2
×
α
i
[0084]
a：气：油田天然气当量折算标准煤系数为α
g
＝1.33kg标准煤/m3。
[0085]
b：水：循环水电当量折算标准煤系数为α
w
＝0.0435kg标准煤/m3。
[0086]
c：电：按照当量折算标准煤系数为α
e
＝0.1229kg标准煤/kwh。
[0087]
d：热：根据1kg标准煤的热焓为29.27mj，计算热焓当量折算标准煤系数α
h
＝34.1647kg标准煤/gj。
[0088]
e：剂：按照油泥砂含油量为18.14％含量计算，发热量为11271kj/kg，计算油泥沙当量折算标准煤系数，α
s
＝0.3851kg标准煤/kg。
[0089]
q
i2
为某一介质资源实际可利用回收的末端值。
[0090]
各介质利用后的增油量可以根据矿场实际或油藏数值模拟计算获取。
[0091]
流程进入到步骤103。
[0092]
采集气水电热剂利用路径的样本数据进行训练，求解路径关系模型。
[0093]
统计该块2016年各介质资源开发环节末端值，如表1所示。
[0094]
表1
[0095][0096]
采集该块的各介质资源实际可利用回收的末端值：年利用天然气66.7万方、年利用污水106.9万方、年节约用电499万kw
·
h、年余热利用高温与低温污水量85.5万方(其中高温污水量16.0万方，低温污水量69.5万方)、年制备调剖剂量0.074万吨。根据各介质的当量折算标准煤系数和单价分别计算利用后的节约能耗值和节约成本值，并统计矿场增产油量数据，如表2所示。
[0097]
表2
[0098]
[0099][0100]
同样，统计该块2015年、2014年的气、水、电、热、剂各介质开发环节末端值、利用后折算节约能耗、节能成本及增油量值。
[0101]
利用2016年、2015年、2014年的各介质开发环节末端值、节约能耗值、节能成本值、增油量值统计数据，以及步骤1中的2016年、2015年、2014年的各介质资源的结构模型(包括路径来源、路径节点以及路径个数)样本数据，采用人工神经网络进行训练，求解节约能耗、节约成本以及增产油量的“黑箱”模型f
g
、g
g
、h
g
、f
w
、g
w
、h
w
、f
e
、g
e
、f
h
、g
h
、f
s
、g
s
、h
s
。
[0102]
流程进入到步骤104。
[0103]
在步骤104中，建立以目标效益最大化的气体资源、水资源、电、余热资源、含油污泥综合利用路径规划模型。用矩阵形式表示为：
[0104][0105]
即：
[0106][0107]
在已知气体资源、水资源、节约用电、余热资源、含油污泥开发环节末端值、介质间权重以及指标权重确定的情况下，上述矩阵函数变成了目标效益y与气水电热剂的路径来
源、路径节点及路径个数等三个优化变量函数，即路径结构的函数模型。
[0108]
流程进入到步骤105。
[0109]
在步骤105中，建立利用路径模型的约束条件。
[0110]
根据该块气水电热剂的利用状况，结合步骤1，确定了路径结构变量的约束条件为：
[0111]
气体资源：{锅炉尾气，套管溶解气,
…
}∈ω
go
；{回注油藏，锅炉燃料,
…
}∈ω
go
；0<n
gn
≤2；
[0112]
水资源：{产出液,
…
}∈ω
wo
；{回注油藏，锅炉注汽来源,
…
}∈ω
wo
；0<n
wn
≤2。
[0113]
电：{举升端,
…
}∈ω
eo
；{举升端,
…
}∈ω
eo
；0<n
en
≤1；
[0114]
余热资源：{高温污水，低温污水,
…
}∈ω
ho
；{输油，卸车油，原油外输,
…
}∈ω
ho
；0<n
hn
≤3。
[0115]
剂：{油罐处理后含油污泥,
…
}∈ω
so
；{制备调剖剂,
…
}∈ω
so
；0<n
sn
≤1。
[0116]
n
in
≥1(i＝g,w,e,h,j)，表示以上各介质要有至少1个利用路径。
[0117]
表示气、水、剂的利用率要大于0；其中q
i2
为介质实际可利用回收的末端值。
[0118]
流程进入到步骤106。
[0119]
在步骤106中，以效益最大化为目标，求解路径规划模型。
[0120]
该块油田2020年预安排的气、水、热、剂的开发终端估算值如表3所示。
[0121]
表3
[0122][0123]
因此，气水电热剂各介质的利用后的节约能耗、节约成本、增产油量的模型可分别表示为：
[0124]
e
g
＝f
g
{r
g
(ω
go
,ω
gp
,n
gn
),135.2}
[0125]
c
g
＝g
g
{r
g
(ω
go
,ω
gp
,n
gn
),135.2}
[0126]
q
og
＝h
g
{r
g
(ω
go
,ω
gp
,n
gn
),135.2}
[0127]
e
w
＝f
w
{r
w
(ω
wo
,ω
wp
,n
wn
),162.7}
[0128]
c
w
＝g
w
{r
w
(ω
wo
,ω
wp
,n
wn
),162.7}
[0129]
q
ow
＝h
w
{r
w
(ω
wo
,ω
wp
,n
wn
),162.7}
[0130]
e
e
＝f
e
{r
e
(ω
eo
,ω
ep
,n
en
)}
[0131]
c
e
＝g
e
{r
e
(ω
eo
,ω
ep
,n
en
)}
[0132]
e
h
＝f
h
{r
h
(ω
ho
,ω
hp
,n
hn
),133.5}
[0133]
c
h
＝g
h
{r
h
(ω
ho
,ω
hp
,n
hn
),133.5}
[0134]
e
s
＝f
s
{r
s
(ω
so
,ω
sp
,n
sn
),0.161}
[0135]
c
s
＝g
s
{r
s
(ω
so
,ω
sp
,n
sn
),0.161}
[0136]
q
os
＝h
s
{r
s
(ω
so
,ω
sp
,n
sn
),0.161}
[0137]
其中，路径关系模型函数f
g
、g
g
、h
g
、f
w
、g
w
、h
w
、f
e
、g
e
、f
h
、g
h
、f
s
、g
s
、h
s
在步骤3中已经求得。
[0138]
同时根据往年气水电热剂的资源利用状况，确定了2020年的各介质间权重，如下表4所示。
[0139]
表4利用介质权重
[0140]
利用介质气水电热剂权重0.20.350.20.150.1
[0141]
2020年的指标权重，如下表5所示。
[0142]
表5指标权重
[0143][0144]
同时根据当前市场价格确定标准煤煤价格p
c
＝450元/吨，原油价格p
o
＝2450元/吨。将相关参数带入到模型(1)后，2020年目标效益最大化的气水电热剂综合利用路径规划模型为：
[0145][0146]
其中，e
g
、c
g
、q
og
、e
w
、c
w
、q
ow
、e
e
、c
e
、e
h
、c
h
、e
s
、c
s
、q
os
为各介质的路径结构函数，即模型路径来源、路径节点及路径个数三个优化变量的函数。即为路径规划模型为各气水电热剂的路径结构的关系模型。在步骤106中的约束条件下，通过遗传算法对模型(1)进行优化求解，得出该块在2020年的气水电热剂开展综合利用后的每个介质的最佳路径来源、最佳利用路径以及路径的个数等，所得路径规划结果如表6所示。
[0147]
表6路径规划结果
[0148]
[0149]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。