一种具有遗传算法的油田有序用电系统及其有序用电分配方法技术方案

本发明专利技术公开一种具有遗传算法的油田有序用电系统及其有序用电分配方法，该系统包括业务规则模块、油田拓扑结构以及计算模型，业务规则模块包括：停泵规则、停井规则、其他业务规则，计算模型为有序用电方案优化模型，将业务规则模块的业务规则结合油田拓扑结构对按照其有序用电分配方法对各拓扑单元的进行最优化求解，生成有序用电优化方案,在对拓扑单元压负荷时，采用遗传算法进行分析，获取最佳的关停方案。

【技术实现步骤摘要】
一种具有遗传算法的油田有序用电系统及其有序用电分配方法
本专利技术涉及油田有序用电领域，具体涉及一种具有遗传算法的油田有序用电系统及其有序用电分配方法。
技术介绍
近几年，随着地方工业用电和居民用电不断增长，在夏季高温天气下，经常会出现电力供应紧张的状况，需要油田采取错峰、避峰、限电等一系列措施，保障居民生活用电。尤其是在紧急状态下，供电公司采取变电站直接拉闸的方式快速降低负荷，这种无序的拉闸限电方式给油田生产带来了一些不必要的损失。在有序用电情况下，油田在给二级采油厂下达压减用电负荷任务时，往往是以各生产单位生产用电比例作为压减电力负荷任务的分解依据，缺少从效益管控的要求进行整体优化。同时，在限电实施过程中，不能实时掌握各二级采油厂计划执行的速度和完整性，运行较为粗放。在有序用电实施过程中，常常存在大量凭借经验设计和线下人工统计上报的运行方式和工作量，缺乏科学、可靠的技术支撑和有效用电的过程管控，因此亟待解决有序用电的智能管控和动态优化。有序用电是油田安全、平稳生产运行的重要前提，目前仅考虑生产单位生产用电比例作为限电任务分解依据，无法满足生产经营管控的要求；有序用电方案设计以及限电负面影响分析仍采取凭借经验设计和线下人工统计上报的传统方式，缺乏科学、可靠的技术支撑和有效的限电过程管控，因此亟待实现有序用电，动态优化。在电力供应不足，电网突发事件等情况下，通过有序用电管理是保障油田用电秩序平稳、生产安全运行的重要前提。但目前有序用电限额分配，用电方案设计以及负面影响分析方面仍采取依靠经验和线下人工统计上报的传统方式，有序用电过程管控缺乏行之有效的信息化手段。如何最大程度减少有序用电造成的生产负面影响，制定科学、合理的有序用电方案，实现在线实时管控有序用电过程，已成为亟待解决的问题。目前油田有序用电存在以下几个方面突出问题：(1)目前仅考虑生产单位生产用电比例作为限电任务分解依据，未充分考虑各开发单位用电价值，不利于用电负荷的优化配置；(2)主要依靠经验人工编制有序用电预案，缺乏科学的决策理论支持，无法实现油田整体效益最大化；(3)有序用电执行后评估缺乏合理的评估原则和评估方法，未能充分反映有序用电执行后负面影响；(4)缺乏有效的有序用电全过程管控，无法实时掌握执行情况。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种具有遗传算法的油田有序用电系统及其有序用电分配方法，详见下文阐述。本专利技术拟将技术研究应用于限电压负荷事件的实时监控、动态优化、评价分析。实现对生产用电负荷的宏观调控，根据有序用电的要求，统筹分析各拓扑单元的生产用电负荷，然后进行科学压负荷预案的制定和执行，将生产损失降到最低。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种具有遗传算法的油田有序用电系统，如图1所示，该系统包括业务规则模块、油田拓扑结构以及计算模型，业务规则模块包括：停泵规则、停井规则、其他业务规则，计算模型为有序用电方案优化模型，将业务规则模块的业务规则结合油田拓扑结构对按照其有序用电分配方法对各拓扑单元的进行最优化求解，生成有序用电优化方案,在对拓扑单元压负荷时，采用遗传算法进行分析，获取最佳的关停方案。一种具有遗传算法的油田有序用电系统的有序用电分配方法具体为：步骤1，获取输入数据；步骤2、初始化每个拓扑单元；步骤3、计算每个拓扑单元最优方案：以单个拓扑单元计算流程，计算每个拓扑单元在设定的压负荷值前提下，最佳关停设备方案；以单个拓扑单元计算方法，计算每个拓扑单元在给定压负荷量的条件下，相应的关停方案，每个拓扑单元保留最优的一个方案；步骤3的单个拓扑单元计算流程如下：步骤3.1,获取输入数据，包括单个拓扑单元内能够关闭的注水泵信息、单个拓扑单元内能够关闭的油井信息、污水在管道中流通时长、单个拓扑单元储水罐剩余容量、每个拓扑单元分配到的总功率值、压负荷总量、压负荷预计时长；步骤3.2、建立计算模型，如下所示：目标函数：其中，xi对应设备，Pi对应设备的产油量，泵、注水井产油量为0，油井取近期的日产油量折算成小时产油量，H为压负荷时间,对应设备状态，每个设备状态选项为开、关两种，1代表关闭，0代表正常；该目标函数代表产油量最大化。约束条件一：其中，wi对应设备的负荷，D为压负荷目标值。约束条件二：其中，mi对应泵排量，gi对应油井瞬时产水量，Q对应容器剩余总容量；t为污水在管道中流通时长。步骤3.3、设定参与计算的设备总数为N，其中注水泵数目为L，油井数目为P，每个设备状态选项为开、关两种：步骤3.4、初始化种群：初始化0～1数值的染色体，随机生成N种不同的设备运行状态组合，并以数组的方式保存，从而新建N个染色体，每个染色体用L长度的向量存储，其中，L为注水泵、油井的总和，其中前K个数值对应K个注水泵的状态，后N-K个数值对应油井的状态，向量每个元素取值0或者1。0表示正常工作、1表示设备关闭；步骤3.5、筛选：对随机生成的初始N个染色体，用约束条件一和约束条件二进行筛选，剔除不满足约束条件的染色体；约束条件一是关闭设备的总负荷大于等于设定的压负荷目标值，代表压负荷量是否满足要求；计算所有关闭设备的负荷总和，然后判断是否满足约束条件一和约束条件二，保留满足约束条件一和约束条件二染色体的染色体；步骤3.6、排序：使用目标函数计算符合约束条件的每个染色体对应的产油量，并以从大到小进行排序，保留M个染色体，M为每轮迭代保留的染色体最大个数；步骤3.7、交叉变异：每次从保留的M个染色体中以轮盘筛选的方式选择两个染色体，通过交叉、变异生成新的染色体，其中轮盘筛选是根据适应度进行排序，随机选择，保证适应度大的被选中的概率大；交叉是指随机选择位置点，两个染色体都被分为前后两个部分，交换前后部分组合为新的染色体；变异是指随机选择位置点，强制修改该位置点的值，原始为0，则修改为1，原始为1则修改为0；步骤3.8、再次筛选：对经过交叉变异的M+2个染色体根据目标函数计算产油量值，并对染色体种群进行排序，保留产量最大的M个染色体,实现精英保留；步骤3.9、跳出：判断是否达到设定的最大迭代次数，如果是，跳出循环，给出关停设备方案；如果不是，返回步骤2.7；步骤3.10、跳出循环后，为了满足影响产油量相当情况下尽可能少关停设备的业务要求，设定影响产量变化范围，对落在该范围内的所有方案进行筛选，获取关停设备最少的方案作为拓扑单元最优方案；步骤4、以影响产油量对拓扑单元排序：计算每个拓扑单元各自影响产油量，并进行排序；步骤5、满足退出条件：条件一是否达到最大迭代次数；条件二是影响产油量最大值是否小于设定的阈值。满足其中一个条件即退出；计算每个拓扑单元实际压负荷值与设定压负荷值的差值。因为每个注水泵\油井只存在关、不关两种情况，因此计算的差值大于等于0；步骤6、调剂压负荷值：对影响产油量大的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有遗传算法的油田有序用电系统，该系统包括业务规则模块、油田拓扑结构以及计算模型，业务规则模块包括：停泵规则、停井规则、其他业务规则，计算模型为有序用电方案优化模型，将业务规则模块的业务规则结合油田拓扑结构对按照其有序用电分配方法对各拓扑单元的进行最优化求解，生成有序用电优化方案,在对拓扑单元压负荷时，采用遗传算法进行分析，获取最佳的关停方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有遗传算法的油田有序用电系统，该系统包括业务规则模块、油田拓扑结构以及计算模型，业务规则模块包括：停泵规则、停井规则、其他业务规则，计算模型为有序用电方案优化模型，将业务规则模块的业务规则结合油田拓扑结构对按照其有序用电分配方法对各拓扑单元的进行最优化求解，生成有序用电优化方案,在对拓扑单元压负荷时，采用遗传算法进行分析，获取最佳的关停方案。


2.根据权利要求1所述的一种具有遗传算法的油田有序用电系统，其特征在于业务规则模块包括：停泵规则、停井规则、其他业务规则，其中：
停泵规则：优先停功率高、排量低的注水泵，优先停同型号注水泵效率低的注水泵，设定了注水泵对应的产油量为0，因此在影响产油量最小的目标下，优先关闭注水泵；对应特殊泵，设定了产油量为大于0的极小值，使得同等条件下，优先关闭普通泵，后关闭特殊泵；通过多指标排序，在影响产油量相同的前提下，负荷相同的泵，优先关排量小的泵；
停井规则：优先停电泵井，压负荷量大时的高电机功率井，高含水且高产液的井；在输入设备信息前，根据压负荷的量级，对产油井进行筛选，压负荷低时，过滤稠油、结蜡等特殊井，这些井不参与计算；压负荷高时，再引入包括稠油、结蜡在内的特殊井；在产液量等条件相同情况下，含水高的井对应的产油量小，因此在影响产油量最小的目标下，优先关闭含水高的井，后关闭含水低的井；在输出最优方案时，考虑在影响产油量变化幅度5％范围内，对关停设备个数进行了排序，即影响产油量相当的前提下，关停设备尽可能少；在含水相等的情况下，产液量越大，产油量越大，因此在影响产油量最小的目标下，最优解会优先关闭产液量小的井；
其他业务规则：各拓扑单元的开泵组合：为保证模型测试的真实性，以常态或一天的开泵组合作为限电方案的基准值，各拓扑单元的调水关系：各拓扑单元之间存在一定的调水关系，影响各自库存的占用及变化速度，考虑收水泵对提注的影响：需要根据收水泵的信息测试能否满足连续压负荷间歇期的提注量。


3.根据权利要求2所述的一种具有遗传算法的油田有序用电系统，其特征在于：根据停泵规则、停井规则和其他业务规则生成综合业务规则，综合业务规则：满足目标压负荷量，安全生产不冒罐，满足目标测算需求，最优化求解，如影响产油量最小、库存上升量最小、影响线路最少。


4.根据权利要求2所述的一种具有遗传算法的油田有序用电系统，其特征在于：调水关系为不同拓扑单元之间存在储水罐污水的流入和流出；利用调水关系，只记录单位时间内污水的流入量、流出量，对拓扑单元关系进行解耦，不再考虑其他拓扑单元的影响，使得每个拓扑单元相对独立；流入量为单位时间内从其他拓扑单元流入的污水总量；流出量为单位时间内从本拓扑单元流出的污水总量。


5.一种权利要求1所述的具有遗传算法的油田有序用电系统的有序用电分配方法具体为：
步骤1，获取输入数据，包括：局\厂能够关闭的注水泵信息、局\厂储水罐剩余容量、压负荷总量为输入的限电总负荷和压负荷预计时长；
局\厂能够关闭的注水泵信息，包括功率、排水量、泵类型、效率值；
局\厂能够关闭的油井信息，包括产液量、含水率、生产时长、耗电量；
污水在管道中流通时长，油井关闭后，在管道中还存在一部分液量，该部分液量最终也流入到存储设备中。依据流通时长和油井小时产液量，计算总体流量；
步骤2、初始化每个拓扑单元；
步骤3、计算每个拓扑单元最优方案：以单个拓扑单元计算流程，计算每个拓扑单元在设定的压负荷值前提下，最佳关停设备方案；以单个拓扑单元计算方法，计算每个拓扑单元在给定压负荷量的条件下，相应的关停方案，每个拓扑单元保留最优的一个方案；
步骤3的单个拓扑单元计算流程如下：
步骤3.1,获取输入数据，包括单个拓扑单元内能够关闭的注水泵信息、单个拓扑单元内能够关闭的油井信息、污水在管道中流通时长、单个拓扑单元储水罐剩余容量、每个拓扑单元分配到的总功率值、压负荷总量、压负荷预计时长；
步骤3.2、建立计算模型，如下所示：
目标函数：



其中，xi对应设备，Pi对应设备的产油量，泵、注水井产油量为0，油井取近期的日产油量折算成小时产油量，H为压负荷时间,对应设备状态，每个设备状态选项为开、关两种，1代表关闭，0代表正常；该目标函数代表产油量最大化。
约束条件一：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，袁晓鹏，刘广友，何斌，周涛，张元法，巴伟，张鹏程，孙柏东，金文磊，马鹏举，谷雨，庄涛，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，山东胜软科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11