油田污水管道水力計(jì)算由于輸送介質(zhì)復(fù)雜，采用傳統(tǒng)管道水力計(jì)算方法得出的結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果大不相同，無(wú)法滿足工程實(shí)際需求。在原有水力計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，利用優(yōu)化數(shù)學(xué)模式，采用最小二乘多項(xiàng)式修改和經(jīng)驗(yàn)公式系數(shù)修改兩種方法，分別修改油田不同類型的污水管道水力計(jì)算公式。修改結(jié)果表明，修改后的官方計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況平均誤差為4.7%，計(jì)算偏差小，可滿足工程計(jì)算要求，為油田污水系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)提供理論和數(shù)據(jù)支持。

近年來(lái)，隨著油田生產(chǎn)從水驅(qū)逐系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆向?qū)逐系統(tǒng)和三元驅(qū)逐系統(tǒng)，油田污水產(chǎn)量大幅增加，采出液聚集現(xiàn)象非常突出[1-3]。因此，油田污水系統(tǒng)在油田生產(chǎn)中的作用越來(lái)越明顯。油田污水系統(tǒng)主要收集和處理油田生產(chǎn)污水，為油田注水和污水排放做準(zhǔn)備。但目前由于油田生產(chǎn)污水水質(zhì)成分復(fù)雜，而油田生產(chǎn)系統(tǒng)管網(wǎng)連通性越來(lái)越好，造成污水系統(tǒng)運(yùn)行工況復(fù)雜。目前緊靠工人生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)調(diào)控污水系統(tǒng)運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)方案不合理，能耗較高等情況。面對(duì)清水資源的寶貴和污水積壓和排放污染的多重挑戰(zhàn)，高效處理和充分利用油田污水資源提高整體開(kāi)發(fā)效益，實(shí)現(xiàn)油田可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4-8]。因此，提高油田污水系統(tǒng)運(yùn)行水平成為油田實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行的重要任務(wù)。

為了實(shí)現(xiàn)油田污水系統(tǒng)的節(jié)能生產(chǎn)運(yùn)行，大慶油田某采油廠開(kāi)展油田污水系統(tǒng)的水力模擬，幫助管理者預(yù)測(cè)、模擬生產(chǎn)系統(tǒng)，為油田生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)[9-11]。目前，國(guó)內(nèi)外油田地面工程建設(shè)和運(yùn)行的水力模擬研究主要集中在注水系統(tǒng)和集運(yùn)系統(tǒng)等方面，不能滿足油田污水系統(tǒng)的水力模擬。本文針對(duì)油田污水系統(tǒng)水力仿真計(jì)算，對(duì)油田污水系統(tǒng)水力計(jì)算進(jìn)行分析、建模及求解。

1 污水管網(wǎng)類型及水質(zhì)分析

1.1 污水管網(wǎng)類型

油田污水系統(tǒng)由管道單元和節(jié)點(diǎn)單元兩種類型組成。其正常工作時(shí)，脫水站分離的污水通過(guò)污水原水管網(wǎng)進(jìn)入污水處理站，經(jīng)污水站處理后運(yùn)往注水站。根據(jù)處理水質(zhì)類型，污水處理站可分為水驅(qū)污水處理站、含聚污水處理站和深污水處理站3種。根據(jù)下游節(jié)點(diǎn)類型，污水管網(wǎng)可分為污水原水管網(wǎng)、普通污水過(guò)濾后水管網(wǎng)和深度污水過(guò)濾后水管網(wǎng)，具體污水系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

1.2污水管網(wǎng)水質(zhì)分析

油田污水管網(wǎng)與注水管網(wǎng)主要區(qū)別在于輸送水質(zhì)不同。根據(jù)處理方式不同，污水可分為含聚污水過(guò)濾后的水，深含油污水過(guò)濾后的水，一般含有污水原水和一般含油污水過(guò)濾后的水，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的采樣測(cè)試結(jié)果，水質(zhì)不同溫度下的粘度見(jiàn)表1。

2污水管道水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型

油田污水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水質(zhì)差異大，管網(wǎng)內(nèi)連通性好，建立水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型。根據(jù)《油田地面工程設(shè)計(jì)》的規(guī)定，污水管道水力計(jì)算可以采用魏斯巴赫達(dá)西式計(jì)算，與污水系統(tǒng)管道單元相結(jié)合(圖2)。3.4計(jì)算實(shí)例

分別對(duì)不同類型管道的水力計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試結(jié)果進(jìn)行最小二乘擬合修改，通過(guò)對(duì)不同修改次數(shù)的修改結(jié)果進(jìn)行比較，以確保修正結(jié)果符合工程要求計(jì)算最小誤差為前提，選擇最小次數(shù)的多種類型。以深度含油污水過(guò)濾后的水管為例，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行不同次數(shù)的多種類型的組合，得出最小的兩乘多種類型的組合曲線(圖3)和不同次數(shù)的多種類型的修正結(jié)果(表4)。

根據(jù)擬合圖像和擬合結(jié)果，多種類型的次數(shù)超過(guò)3次時(shí)，多種類型的修正結(jié)果大不相同，符合工程計(jì)算誤差的要求，因此選擇3次以上的類型作為最小的2乘修正式。同樣，對(duì)其他4種管道進(jìn)行各種修正分析，得出相應(yīng)的計(jì)算公式(表5)。

根據(jù)比較結(jié)果，對(duì)于兩種修正方法，包括聚污水過(guò)濾后的水管系數(shù)修正法修正后的計(jì)算誤差較小，其他4種管道的3次以上的修正后的計(jì)算誤差較小。修正后的污水管道水力計(jì)算結(jié)果與原計(jì)算結(jié)果相比，計(jì)算誤差小，適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用(表8)。

4結(jié)論

(1)根據(jù)5種不同類型管道水力計(jì)算的最小二乘法的計(jì)劃結(jié)果，3次多種計(jì)劃結(jié)果與更高的多種計(jì)劃結(jié)果大不相同，計(jì)算步驟更小，符合工程計(jì)算的需要。

(2)根據(jù)計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果的比較，可以看出計(jì)算結(jié)果遠(yuǎn)低于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試結(jié)果。可能的原因是管道內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重的油田生產(chǎn)污水中雜質(zhì)多，影響計(jì)算結(jié)果。

(3)與兩種修正方式相比，最小二乘法修正結(jié)果總體優(yōu)于系數(shù)修正法。根據(jù)不同類型的管道，系數(shù)修正法的修正結(jié)果在確定系數(shù)相似的同時(shí)，與方差更小。因此，當(dāng)兩種修正方法修正后的計(jì)算結(jié)果接近時(shí)，應(yīng)選擇系數(shù)修正方法。