油田集输处理系统的能量优化方法和装置

摘要

本公开提供了一种油田集输处理系统的能量优化方法和装置，属于原油集输处理工艺领域。能量优化方法包括：采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数；根据各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数，最优能耗调节参数为总能耗的最小值对应的能耗调节参数；按照最优能耗调节参数控制各个子系统的运行过程。本公开可以实现对油田集输处理系统的能量优化。

说明书

技术领域

本公开涉及原油集输处理工艺领域，特别涉及一种油田集输处理系统的能量优化方法和装置。

背景技术

油田集输处理系统将油田各油井生产的原油和油田气进行收集、处理，并分别输送至矿场油库或外输站和压气站。

油田集输处理系统通常包括依次连通的油气集输子系统、脱水站子系统、原稳子系统和伴生气处理子系统。其中，油气集输子系统是把分散的油井所生产的石油、伴生天然气和其它产品集中起来。脱水站子系统是应用物理或化学方法将以游离状态或乳化液状态伴随在原油中的水分除去，使其所含水分达到规定标准。原稳子系统是把油田密闭集输起来的原油经过密闭处理，从原油中把轻质烃类分离出来并加以回收利用。伴生气处理子系统是将回收的伴生气进行处理，从而生产稳定轻烃及干气。由此可见，油田集输处理系统的各个子系统都需要消耗能量处理原油，能源消耗较高。

发明内容

本公开实施例提供了一种油田集输处理系统的能量优化方法和装置，可以对油田集输处理系统的能耗进行优化，降低油田集输处理系统的运行成本。所述技术方案如下：

一方面，本公开实施例提供了一种油田集输处理系统的能量优化方法，所述能量优化方法包括：

采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数；

根据所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定所述油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数，所述最优能耗调节参数为所述总能耗的最小值对应的所述能耗调节参数；

按照所述最优能耗调节参数控制所述各个子系统的运行过程。

可选地，所述根据所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定所述油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数，包括：

以所述仿真模型的运行参数不超过设定范围为约束条件，采用遗传算法确定所述油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值；

将所述总能耗的最小值对应的所述能耗调节参数确定为最优能耗调节参数。

可选地，在所述采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数之前，所述能量优化方法还包括：

获取所述子系统的运行参数，所述运行参数为运行过程中测量得到的参数；

根据所述子系统的运行参数，修正所述仿真模型的设计参数，直到所述仿真模型的运行参数等于所述子系统的运行参数，所述设计参数为工艺设计时采用的参数。

可选地，在所述获取所述子系统的运行参数之前，所述能量优化方法还包括：

获取所述子系统的仿真模型；

将所述子系统的设计参数作为所述仿真模型的设计参数。

可选地，在所述根据所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定所述油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数之前，所述能量优化方法还包括：

根据所述子系统的能耗计算参数，确定所述子系统中耗能异常的部分。

另一方面，本公开实施例提供了一种油田集输处理系统的能量优化装置，所述能量优化装置：

参数确定模块，用于采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数；

能耗确定模块，用于根据所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定所述油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数，所述最优能耗调节参数为所述总能耗的最小值对应的所述能耗调节参数；

控制模块，用于按照所述最优能耗调节参数控制所述各个子系统的运行过程。

可选地，所述能耗确定模块用于，

以所述仿真模型的运行参数不超过设定范围为约束条件，采用遗传算法确定所述油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值；

将所述总能耗的最小值对应的所述能耗调节参数确定为最优能耗调节参数。

可选地，所述能量优化装置还包括：

参数获取模块，用于在所述采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数之前，获取所述子系统的运行参数，所述运行参数为运行过程中测量得到的参数；

修正模块，用于根据所述子系统的运行参数，修正所述仿真模型的设计参数，直到所述仿真模型的运行参数等于所述子系统的运行参数，所述设计参数为工艺设计时采用的参数。

可选地，所述能量优化装置还包括：

模型获取模块，用于在所述获取所述子系统的运行参数之前，获取所述子系统的仿真模型；

取值模块，用于将所述子系统的设计参数作为所述仿真模型的设计参数。

可选地，所述能量优化装置还包括：

分析模块，用于在所述根据所述各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定所述油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数之前，根据所述子系统的能耗计算参数，确定所述子系统中耗能异常的部分。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过采用仿真模型模拟油田集输处理系统中的子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，可以相应得到子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数。再根据各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定所有子系统的总能耗并确定出最小值、以及最小值对应的能耗调节参数，从而得到油田集输处理系统的总能耗达到最小值时采用的最优能耗调节参数。最后按照得到的最优能耗调节参数对子系统进行控制，即可使油田集输处理系统的总能耗达到最小值，实现对油田集输处理系统的能量优化，在保证油田集输处理系统正常运行的情况下，有效降低油田集输处理系统的运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的一种油田集输处理系统的能量优化方法的应用场景图；

图2是本公开实施例提供的一种油田集输处理系统的能量优化方法的流程图；

图3是本公开实施例提供的一种油田集输处理系统的能量优化方法的流程图；

图4是本公开实施例提供的一种油田集输处理系统的能量优化装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1为本公开实施例提供的一种油田集输处理系统的能量优化方法的应用场景图。参见图1，油田集输处理系统可以包括依次连通的油气集输子系统20、脱水站子系统30、原稳子系统40和伴生气处理子系统50。其中，油气集输子系统20是把分散的油井所生产的石油、伴生天然气集中起来。脱水站子系统30是应用物理或化学方法将以游离状态或乳化液状态伴随在原油中的水分除去，使其所含水分达到规定标准。原稳子系统40是把油田上密闭集输起来的原油经过密闭处理，从原油中把轻质烃类分离出来并加以回收利用。伴生气处理子系统50是将回收的伴生气进行处理，从而生产稳定轻烃及干气。

在实际应用中，油气集输子系统20、脱水站子系统30、原稳子系统40和伴生气处理子系统50都需要消耗能量处理原油。其中，油气集输子系统20是消耗能量提高原油的温度和压力实现原油的输送。脱水站子系统30是消耗能量去除原油中的水和伴生气。原稳子系统40是消耗能量从原油中分离出轻质烃类。伴生气处理子系统50是消耗能量从原料气中分离出轻质烃类。

本公开实施例提供了一种油田集输处理系统的能量优化方法。图2为本公开实施例提供的一种油田集输处理系统的能量优化方法的流程图。参见图2，能量优化方法包括：

步骤201：采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数。

在本实施例中，能耗调节参数为能耗计算参数中选择进行调节的参数，能耗计算参数为能耗计算使用的参数。由于工艺系统逻辑关系，各个数据互为联动，因此当能耗调节参数的数据变化之后，能耗计算参数数据随着迭代计算而变化。

油田集输处理系统中的子系统可以包括图1所示的油气集输子系统20、脱水站子系统30、原稳子系统40和伴生气处理子系统50。分别采用不同的仿真模型模拟油田集输处理系统中的各个子系统，即采用油气集输子系统的仿真模型模拟油田集输处理系统中的油气集输子系统，采用脱水站子系统的仿真模型模拟油田集输处理系统中的脱水站子系统，采用原稳子系统的仿真模型模拟油田集输处理系统中的原稳子系统，采用伴生气处理子系统的仿真模型模拟油田集输处理系统中的伴生气处理子系统。

在油气集输子系统中，能耗计算参数可以包括井口回压、井口温度、掺水量、掺水温度、掺水出口压力、转油站出口温度、转油站出口压力等；能耗调节参数可以包括掺水温度、掺水量、转油站出口温度。

在脱水站子系统中，能耗计算参数可以包括脱水温度、加药量、含水率、外输温度、外输压力等；能耗调节参数可以包括脱水温度、加药量、外输温度。

在原稳子系统中，能耗计算参数可以包括来油温度、来油压力、外输温度、外输压力、原稳塔压力、原稳塔温度等；能耗调节参数可以包括原稳塔压力、原稳塔温度。

在伴生气处理子系统中，能耗计算参数可以包括来气温度、来气压力、外输温度、外输压力、压缩机出口压力、冷却温度、分馏塔压力、分馏塔温度等；能耗调节参数可以包括压缩机出口压力、冷却温度、分馏塔压力、分馏塔温度。

以油气集输子系统为例，能耗计算过程使用的参数涉及井口回压、井口温度、掺水量、掺水温度、掺水出口压力、转油站出口温度、转油站出口压力等，即能耗计算参数包括井口回压、井口温度、掺水量、掺水温度、掺水出口压力、转油站出口温度、转油站出口压力等；从能耗计算参数中选择掺水温度进行调节，即能耗调节参数包括掺水温度。当能耗调节参数中的掺水温度选取大小不同的数值时，能耗计算参数中的掺水温度选取的数值与能耗调节参数中的掺水温度选取的数值大小一样。在掺水温度选取大小不同的数值时，能耗计算参数中的掺水量会相应不同，以保证转油站出口温度满足在设定范围内，因此能耗计算参数中的掺水量和转油站出口温度选取的数值与掺水温度选取的数值对应。

步骤202：根据各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数。

在本实施例这种，最优能耗调节参数为总能耗的最小值对应的能耗调节参数。

步骤203：按照最优能耗调节参数控制各个子系统的运行过程。

本公开实施例通过采用仿真模型模拟油田集输处理系统中的子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，可以相应得到子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数。再根据各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定所有子系统的总能耗并确定出最小值、以及最小值对应的能耗调节参数，从而得到油田集输处理系统的总能耗达到最小值时采用的最优能耗调节参数。最后按照得到的最优能耗调节参数对子系统进行控制，即可使油田集输处理系统的总能耗达到最小值，实现对油田集输处理系统的能量优化，在保证油田集输处理系统正常运行的情况下，有效降低油田集输处理系统的运行成本。

本公开实施例提供了一种油田集输处理系统的能量优化方法，是图2所示的能量优化方法的具体实现。图3为本公开实施例提供的一种油田集输处理系统的能量优化方法的流程图。参见图3，能量优化方法包括：

步骤301：获取子系统的仿真模型。

在本实施例中，仿真模型是对子系统的运行过程进行模拟，在仿真模型输入与子系统相同的入口参数时，仿真模型可以输出与子系统相同的出口参数。

在实际应用中，可以先长期采集子系统的入口参数和出口参数，再基于采集的子系统的入口参数和出口参数，建立子系统的仿真模型。其中，入口参数为子系统的处理对象在进入子系统之前的状态参数，出口参数为子系统的处理对象在经过子系统处理之后的状态参数。可选地，可以针对子系统中的主要耗能设备进行参数采集和模型建立，以减少工作量，降低实现成本。

步骤302：将子系统的设计参数作为仿真模型的设计参数。该步骤301～步骤302为可选步骤。

在本实施例中，设计参数为工艺设计时采用的参数，如集油管道的设计内径。在子系统运行的初期，子系统的实际情况与设计参数一致，直接采用子系统的设计参数作为仿真模型的设计参数，可以在保证仿真模型准确的情况下，方便仿真模型的建立。

步骤303：获取子系统的运行参数。

在本实施例中，运行参数为运行过程中测量得到的参数，示例性地，运行参数可以包括子系统的入口和出口之间的压降、温差。

在实际应用中，可以在子系统的入口处和出口处安装压力传感器和温度传感器进行测量。

步骤304：根据子系统的运行参数，修正仿真模型的设计参数，直到仿真模型的运行参数等于子系统的运行参数。该步骤303～步骤304为可选步骤。

在子系统运行的中后期，子系统的实际情况会与设计参数存在出入，获取子系统的运行参数，可以得到对应的设计参数的修正值，将这个修正值替换设计参数原来的数值，即可符合子系统当前的实际运行情况，从而提高仿真模型模拟的准确性。

以设计参数为集油管道的设计内径为例，在子系统运行的初期，子系统中集油管道的实际内径等于集油管道的设计内径，因此可以将子系统中集油管道的设计内径作为仿真模型中集油管道的设计内径；在子系统运行的中后期，大量油垢粘附在油管内壁上，导致子系统中集油管道的实际内径小于集油管道的设计内径，因此不能将子系统中集油管道的设计内径作为仿真模型中集油管道的设计内径；此时获取子系统中入口和出口之间的压降，可以得到子系统中集油管道的实际内径，对仿真模型中集油管道的设计内径进行修正，修正之后仿真模型中入口和出口之间的压降等于子系统中入口和出口之间的压降。

步骤305：采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数。

在本实施例中，最优能耗调节参数为总能耗的最小值对应的能耗调节参数。

示例性地，采用油气集输子系统的仿真模型模拟油气集输子系统在掺水温度选取B1时的运行过程，得到油气集输子系统的能耗计算参数在掺水温度选取B1时的运行参数(如单井掺水量)；采用油气集输子系统的仿真模型模拟油气集输子系统在掺水温度选取B2时的运行过程，得到油气集输子系统的能耗计算参数在掺水温度选取B2时的运行参数；……采用油气集输子系统的仿真模型模拟油气集输子系统在掺水温度选取Bj时的运行过程，得到油气集输子系统的能耗计算参数在掺水温度选取Bj时的运行参数。

采用脱水站子系统的仿真模型模拟脱水站子系统在脱水温度选取C1时的运行过程，得到脱水站子系统的能耗计算参数在脱水温度选取C1时的运行参数；采用脱水站子系统的仿真模型模拟脱水站子系统在脱水温度选取C2时的运行过程，得到脱水站子系统的能耗计算参数在脱水温度选取C2时的运行参数；……采用脱水站子系统的仿真模拟脱水站子系统在脱水温度选取Ck时的运行过程，得到脱水站子系统的能耗计算参数在脱水温度选取Ck时的运行参数。

采用原稳子系统的仿真模型模拟原稳子系统在原稳塔温度选取D1时的运行过程，得到原稳子系统的能耗计算参数在原稳塔温度选取D1时的运行过程；采用原稳子系统的仿真模型模拟原稳子系统在原稳塔温度选取D2时的运行过程，得到原稳子系统的能耗计算参数在原稳塔温度选取D2时的运行过程；……采用原稳子系统的仿真模型模拟原稳子系统在原稳塔温度选取Dm时的运行过程，得到原稳子系统的能耗计算参数在原稳塔温度选取Dm时的运行过程。

采用伴生气处理子系统的仿真模型模拟伴生气处理子系统在冷却温度选取E1时的运行过程，得到伴生气处理子系统的能耗计算参数在冷却温度选取E1时的运行参数；采用伴生气处理子系统的仿真模型模拟伴生气子处理系统在冷却温度选取E2时的运行过程，得到伴生气子处理系统的能耗计算参数在冷却温度选取E2时的运行参数；……采用伴生气子处理系统的仿真模型模拟伴生气处理子系统在冷却温度选取En时的运行过程，得到伴生气处理子系统的能耗计算参数在冷却温度选取En时的运行参数。

步骤306：根据子系统的能耗计算参数，确定子系统中耗能异常的部分。该步骤306为可选步骤。

可选地，该步骤306可以包括：

根据子系统的能耗计算参数，确定子系统中各个部分的能耗；

当子系统的一个部分的能耗大于设定阈值时，确定这个部分的能耗异常。

例如，油气集输子系统中某集油管道计算压降过高或温降过大，则可确定该管道能耗异常，可判断需要采取清管措施或保温措施以降低能耗。

在实际应用中，可以先根据子系统的能耗计算参数，确定子系统中耗能异常的部分，以便对异常部分进行维护，避免异常部分一直都在消耗大量能量。

另外，在对异常部分进行维护之后，会再次执行步骤305，以对各个子系统的能耗计算参数进行相应更新。

步骤307：根据各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数。

在本实施例中，最优能耗调节参数为总能耗的最小值对应的能耗调节参数。

可选地，该步骤307可以包括：

以仿真模型的运行参数不超过设定范围为约束条件，采用遗传算法确定油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值；

将总能耗的最小值对应的能耗调节参数确定为最优能耗调节参数。

通过将仿真模型的运行参数约束在设定范围内，以保证油田集输处理系统的正常运行。

在实际应用中，可以先获取子系统的能耗计算公式，并将子系统的能耗计算参数带入子系统的能耗计算公式中，得到子系统的能耗；再将各个子系统的能耗相加，即为油田集输处理系统中所有子系统的总能耗。

示例性地，子系统的能耗计算公式包括油气集输子系统的能耗与井口回压、井口温度、掺水量、掺水温度、掺水出口压力、转油站出口温度、转油站出口压力之间的关系式，脱水站子系统的能耗与脱水温度、加药量、含水率、外输温度、外输压力之间的关系式，原稳子系统的能耗与来油温度、来油压力、外输温度、外输压力、原稳塔压力、原稳塔温度之间的关系式，伴生气处理子系统的能耗与来气温度、来气压力、外输温度、外输压力、压缩机出口压力、冷却温度、分馏塔压力、分馏塔温度之间的关系式。

油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的求解属于约束非线性规划问题，可以利用外部惩罚函数将其转化为无约束问题，再采用遗传算法求解总能耗的最小值。

示例性地，约束条件可以包括：井口回压小于井口回压约束上限；泵出口压力大于或等于流体出站压力；集油管线进转油站温度大于或等于许用进站温度，进转油站温度和许用进站温度为凝固点；转油站掺水温度小于60℃；加热炉炉效在加热炉高效运行范围内；泵机组效率在泵机组高效运行范围内；子系统中主要耗能设备的运行参数在高效运行区内；子系统中主要耗能装置的处理效率在高效运行区内。

步骤308：按照最优能耗调节参数控制各个子系统的运行过程。

本公开实施例提供了一种油田集输处理系统的能量优化装置，适用于图2或图3所示的能量优化方法。图4为本公开实施例提供的一种油田集输处理系统的能量优化装置的结构示意图。参见图4，该能量优化装置包括参数确定模块401、能耗确定模块402和控制模块403。

其中，参数确定模块401用于采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数。

能耗确定模块402用于根据各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数，最优能耗调节参数为总能耗的最小值对应的能耗调节参数；

控制模块403用于按照最优能耗调节参数控制各个子系统的运行过程。

在实际应用中，参数确定模块401得到能耗计算参数时可以参见前述步骤201或者步骤305，能耗确定模块402确定总能耗的最小值时可以参见前述步骤202或者步骤307，控制模块403在控制运行过程时可以参见前述步骤203或者步骤308。

可选地，能耗确定模块402可以用于，以仿真模型的运行参数不超过设定范围为约束条件，采用遗传算法确定油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值；将总能耗的最小值对应的能耗调节参数确定为最优能耗调节参数。

在实际应用中，能耗确定模块402确定总能耗的最小值时可以参见前述步骤202或者步骤307。

可选地，能量优化装置还可以包括参数获取模块404和修正模块405。

其中，参数获取模块404用于在采用仿真模型分别模拟油田集输处理系统中各个子系统在大小不同的能耗调节参数下的运行过程，得到各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数之前，获取子系统的运行参数，运行参数为运行过程中测量得到的参数。

修正模块405用于根据子系统的运行参数，修正仿真模型的设计参数，直到仿真模型的运行参数等于子系统的运行参数，设计参数为工艺设计时采用的参数。

在实际应用中，参数获取模块获取运行参数时可以参见前述步骤303，修正模块修正设计参数时可以参见前述步骤304。

可选地，能量优化装置还可以包括模型获取模块406和取值模块407。

其中，模型获取模块406用于在获取子系统的运行参数之前，获取子系统的仿真模型。

取值模块407用于将子系统的设计参数作为仿真模型的设计参数。

在实际应用中，模型获取模块获取仿真模型时可以参见前述步骤301，取值模块选取数值时可以参见前述步骤302。

可选地，能量优化装置还可以包括分析模块408。

其中，分析模块408用于在根据各个子系统对应于不同的能耗调节参数的能耗计算参数，确定油田集输处理系统中所有子系统的总能耗的最小值、以及最优能耗调节参数之前，根据子系统的能耗计算参数，确定子系统中耗能异常的部分。

在实际应用中，分析模块确定耗能异常部分时可以参见前述步骤306。

需要说明的是：上述实施例提供的油田集输处理系统的能量优化装置在优化油田集输处理系统的能耗时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的油田集输处理系统的能量优化装置与油田集输处理系统的能量优化方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。