一种具有拓扑结构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拓扑结构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，油田拓扑结构由拓扑单元构成，拓扑单元包括油井、联合站、油井、集输站库、注水站、水井，以联合站、接转站、采出水处理站为枢纽，油井、注水泵、注水井依据实际的物理关系，关联到污水存储设备，从而形成一个相对独立的生产系统，构成拓扑单元；系统内的应急库容相互连通；油井采出液，注水泵注水只影响本系统的应急库容变化；同其他生产系统的可保持相对稳定的调水关系；事故罐、储水罐统一作为污水存储设备，以污水存储设备作为拓扑单元的初始节点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有拓扑结构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，具体涉及一种具有拓扑结构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种具有拓扑结构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：一种具有拓扑结构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，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(影响产油量、新增水量等)，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，再引入稠油、结蜡等特殊井。(当前是约定污水相对平衡的条件下进行计算，关泵是在当前基础上新增水量、关井是在当前基础上减少水量，因此每次计算不需要考虑所有的设备，只考虑参与计算的设备；对工业网络、农网一样考虑)；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(台数、排量)测试能否满足连续压负荷间歇期的提注量。油田拓扑结构由拓扑单元构成，如图2-3所示，拓扑单元包括油井、联合站、油井、集输站库、注水站、水井，以联合站、接转站、采出水处理站为枢纽，油井、注水泵、注水井依据实际的物理关系，关联到污水存储设备，从而形成一个相对独立的生产系统，构成拓扑单元；系统内的应急库容相互“连通”；油井采出液，注水泵注水只影响本系统的应急库容变化；同其他生产系统的可保持相对稳定的调水关系；事故罐、储水罐统一作为污水存储设备，以污水存储设备作为拓扑单元的初始节点；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。油田拓扑结构包括各类数据，包括从油井→计量站→联合站→采出水处理站→注水站→注水泵→配水间→水井的拓扑关系及相关数据，其中油井的数据包括井号、类型(电泵井/抽油机井)、归属电力线路、所属单位、生产时间、耗电量、产液量、含水率、电机功率及管理特征，管理特征包括出砂、结蜡、结盐、油稠和掺水；计量站的数据包括站名、关联井号、所属联合站；联合站的数据包括站名、关联计量站/油井、关联采出水处理站；采出水处理站数据包括站名、关联联合站、事故罐数量、事故罐罐高、事故罐截面积、事故罐安全高度、事故罐最低液位、收水泵数据、收水泵排量、关联注水站；注水站数据包括站名、关联采出水处理站、储水罐数量、储水罐罐高、储水罐截面积、储水罐安全高度、储水罐最低液位、装泵台数、设计能力、设计压力；注水泵数据包括所属注水站、泵号、型号、归属线路、排量、电机功率、泵效；水井数据包括井号、关联注水站、日配注量、实际注水量、油压、干线压力、动态分类、增水量、允许提注时间、提升方式。各拓扑单元相对独立但存在一定的关系，如调水关系，直接影响各自库存的占用及变化速度，因此也需要构建；注水井数据主要用于连续压负荷过程中间歇期的提水方案测算；库存罐参数信息要用于计算应急库存和压负荷过程的应急时间，目前事故罐的有效容积为事故罐的截面积*安全高度，储水罐的有效容积为储水罐的截面积*(安全高度-最低液位)；联合站或采出水处理站的收水泵数据主要是用以计算连续压负荷间歇期的收水速度能否满足提注量；为保证方案测算的真实性，以常态或一天的开泵组合作为限电方案的基准值，因此需要展示注水泵开关状态。具有拓扑结构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、压负荷总量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有拓扑结构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，/n业务规则模块包括：停泵规则、停井规则、其他业务规则，其中：/n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；/n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；/n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；/n油田拓扑结构由拓扑单元构成，拓扑单元包括油井、联合站、油井、集输站库、注水站、水井，以联合站、接转站、采出水处理站为枢纽，油井、注水泵、注水井依据实际的物理关系，关联到污水存储设备，从而形成一个相对独立的生产系统，构成拓扑单元；系统内的应急库容相互连通；油井采出液，注水泵注水只影响本系统的应急库容变化；同其他生产系统的可保持相对稳定的调水关系；事故罐、储水罐统一作为污水存储设备，以污水存储设备作为拓扑单元的初始节点；/n油田拓扑结构包括各类数据，包括从油井→计量站→联合站→采出水处理站→注水站→注水泵→配水间→水井的拓扑关系及相关数据，其中油井的数据包括井号、类型、归属电力线路、所属单位、生产时间、耗电量、产液量、含水率、电机功率及管理特征，管理特征包括出砂、结蜡、结盐、油稠和掺水；计量站的数据包括站名、关联井号、所属联合站；联合站的数据包括站名、关联计量站/油井、关联采出水处理站；采出水处理站数据包括站名、关联联合站、事故罐数量、事故罐罐高、事故罐截面积、事故罐安全高度、事故罐最低液位、收水泵数据、收水泵排量、关联注水站；注水站数据包括站名、关联采出水处理站、储水罐数量、储水罐罐高、储水罐截面积、储水罐安全高度、储水罐最低液位、装泵台数、设计能力、设计压力；注水泵数据包括所属注水站、泵号、型号、归属线路、排量、电机功率、泵效；水井数据包括井号、关联注水站、日配注量、实际注水量、油压、干线压力、动态分类、增水量、允许提注时间、提升方式；/n各拓扑单元相对独立但存在调水关系，直接影响各自库存的占用及变化速度，因此也需要构建；注水井数据主要用于连续压负荷过程中间歇期的提水方案测算；库存罐参数信息要用于计算应急库存和压负荷过程的应急时间，目前事故罐的有效容积为事故罐的截面积*安全高度，储水罐的有效容积为储水罐的截面积*(安全高度-最低液位)；联合站或采出水处理站的收水泵数据主要是用以计算连续压负荷间歇期的收水速度能否满足提注量；为保证方案测算的真实性，以常态或一天的开泵组合作为限电方案的基准值，因此需要展示注水泵开关状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有拓扑结构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，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；
油田拓扑结构由拓扑单元构成，拓扑单元包括油井、联合站、油井、集输站库、注水站、水井，以联合站、接转站、采出水处理站为枢纽，油井、注水泵、注水井依据实际的物理关系，关联到污水存储设备，从而形成一个相对独立的生产系统，构成拓扑单元；系统内的应急库容相互连通；油井采出液，注水泵注水只影响本系统的应急库容变化；同其他生产系统的可保持相对稳定的调水关系；事故罐、储水罐统一作为污水存储设备，以污水存储设备作为拓扑单元的初始节点；
油田拓扑结构包括各类数据，包括从油井→计量站→联合站→采出水处理站→注水站→注水泵→配水间→水井的拓扑关系及相关数据，其中油井的数据包括井号、类型、归属电力线路、所属单位、生产时间、耗电量、产液量、含水率、电机功率及管理特征，管理特征包括出砂、结蜡、结盐、油稠和掺水；计量站的数据包括站名、关联井号、所属联合站；联合站的数据包括站名、关联计量站/油井、关联采出水处理站；采出水处理站数据包括站名、关联联合站、事故罐数量、事故罐罐高、事故罐截面积、事故罐安全高度、事故罐最低液位、收水泵数据、收水泵排量、关联注水站；注水站数据包括站名、关联采出水处理站、储水罐数量、储水罐罐高、储水罐截面积、储水罐安全高度、储水罐最低液位、装泵台数、设计能力、设计压力；注水泵数据包括所属注水站、泵号、型号、归属线路、排量、电机功率、泵效；水井数据包括井号、关联注水站、日配注量、实际注水量、油压、干线压力、动态分类、增水量、允许提注时间、提升方式；
各拓扑单元相对独立但存在调水关系，直接影响各自库存的占用及变化速度，因此也需要构建；注水井数据主要用于连续压负荷过程中间歇期的提水方案测算；库存罐参数信息要用于计算应急库存和压负荷过程的应急时间，目前事故罐的有效容积为事故罐的截面积*安全高度，储水罐的有效容积为储水罐的截面积*(安全高度-最低液位)；联合站或采出水处理站的收水泵数据主要是用以计算连续压负荷间歇期的收水速度能否满足提注量；为保证方案测算的真实性，以常态或一天的开泵组合作为限电方案的基准值，因此需要展示注水泵开关状态。


2.根据权利要求1所述的一种具有拓扑结构的油田有序用电系统，其特征在于：拓扑单元根据实际生产运行情况划分为三类，包括单站独立型拓扑单元、多站合并型拓扑单元、人为定义型拓扑单元，
单站独立型拓扑单元以一个联合站/接转站/采出水处理为核心，采油系统和注水系统相对独立，仅与其他联合站存在较为固定的调水关系，调水关系表现了联合站之间定量的污水流向，通过确定联合站输入量、输出量，对联合站与联合站进行解耦，使得以联合站为核心的拓扑单元相对独立，
所有设置、装置最终都连接到一个联合站，同时不与其他联合站有关联；如果当前联合站与其他联合站有污水流向，用流入量、流出量替代关联关系，从而保证以联合站为核心的拓扑单元相对独立；
多站合并型拓扑单元将多个有油水关系且不易定量划分的联合站/接转站/采出水处理根据油水拓扑关系合并划分为一个拓扑单元；
人为定义型拓扑单元各联合站来油及污水处理线路独立，但对应注水站呈网状交叉结构，即一个联合站对应多个注水站、一个注水站同时有多个联合站来水，因此需要根据联合站与注水站的相对关系将一个注水站人为虚拟成两个或多个注水站划归到不同的联合站上进行拓扑单元的构建。


3.根据权利要求1所述的一种具有拓扑结构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。


4.根据权利要求1所述的一种具有拓扑结构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。


5.根据权利要求1所述的一种具有拓扑结构的油田有序用电系统，其特征在于：油井的含水率通过含水率在线检测系统测量获得，含水率在线检测系统包括控制器、取样装置、磁导传感器、测量管、温度传感器、液位传感器、无线通讯模块、加热装置、搅拌装置及电源模块。


6.一种权利要求1所述的具有拓扑结构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...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓鹏，刘广友，周涛，李颖，张元法，巴伟，何斌，马鹏举，孙柏东，金文磊，张鹏程，庄涛，谷雨，
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