基于蒙特卡罗法模拟海洋油田生产水处理效率和决策最优技术路线的方法与流程

：
1.本发明涉及模拟方法，具体涉及一种基于蒙特卡罗法模拟海洋油田生产水处理效率和决策最优技术路线的方法。


背景技术：

2.大部分油田进入高含水期，渤海油田每年就产生多达1.5亿吨生产水。油田生产来源包括返排液、洗井液、修井液等，水质复杂且不稳定，含高浓度悬浮物、油分、总铁等。与陆上生产水处理相比，海上水处理具有流程短、闭式循环等特点，难度明显增大，水处理设备常处于高负荷运转状态。同时，生产处理系统包括除油、气浮、过滤等多个工艺环节，上下游相互制约，系统无法根据进水水质及时调整设备参数和药剂加入量。这些因素，导致生产水处理出水不能稳定达标，回注水水质波动大，影响回注过程及驱油效率，严重时导致注入井堵塞，大幅度增加生产水处理成本和降低采油效率。


技术实现要素：

3.本发明为了克服现有技术存在的上述技术问题，针对海洋油田生产水收集-处理-回注驱油全流程系统进行整体调研及梳理，利用蒙特卡洛模拟方法构建基于生产水处理稳定达标、污染物减排量最大的油田生产水处理最优技术路线，形成一套优化决策系统，可以实现对海洋油田生产水的感知、诊断和优化。为了构建油田生产水处理除油、气浮、过滤的全流程污染减排最大、污染物去除率最高的最优技术路线评估模型。
4.为实现上述目的，本发明具体通过如下技术方案实现：
5.本发明提供了一种基于蒙特卡罗法模拟海洋油田生产水处理效率和决策最优技术路线的方，该方法包括：假设海上油田生产水处理设施进水水量和污染物浓度及污染物去除率为不确定性因素，以上因素具有日差异性且在取值范围内按一定分布类型随机取值。基于多组同类型已有海洋油田的运行数据，统计分析得出各油田生产水中各类污染物分布的取值范围。基于除油、气浮、过滤三阶段的不同工艺的各类污染物去除率的分布类型、取值范围和运行费用函数。应用蒙特卡罗法，进行多次随机实验，每次随机实验过程为，在取值范围内，按照统计得出的概率分布类型，对油田产生生产水量、污染物浓度及各工艺水处理技术污染物去除率随机抽样，抽样产生的随机数代表海洋油田生产水处理设施一天的运行状态；计算各工艺和各阶段污染物的出水浓度；借助计算机系统，通过千万次随机抽样试验，产生千万组随机数，通过计算产生千万组各工艺和各阶段的污染物出水浓度；统计分析千万次随机试验结果，千万组末端污染物出水浓度达标值才得以输出，由各环节处理水量、进出水污染物浓度差计算污染物削减量，来分析海洋油田生产水处理设施的水处理效率。
6.所述模型程序如下：
7.海洋油田生产水处理分为除油、气浮、过滤三阶段，除油阶段包括x种工艺，气浮阶
段包括y种工艺，过滤阶段包括z种工艺，三阶段不同工艺类型分别用j,k,p表示。污染物因子(含油量、固体悬浮物含量、成垢离子含量等)c、进水流量q和石油去除率r的数值范围，进行蒙特卡洛随机抽样，抽样值进行如下公式计算。
8.(1)除油阶段除油工艺j的生产水处理效率
9.进口污染因子c
0,j,i
、污染因子去除率r
1,j,i
、流量q
1,j,i
为蒙特卡洛第i次的抽样值，计算可求出：工艺出口为c
1,j,i
，污染因子削减量m
1,j,i
，除油阶段出口污染因子含量为c
1,i
[0010][0011][0012]
其中：
[0013]c0,j,i
——除油工艺j进水中的污染因子浓度(mg/l)，c
0,j,i
≥0；
[0014]c1,j,i
——除油工艺j出水中的污染因子浓度(mg/l)，c
1,j,i
≥0；
[0015]c1,i
——除油阶段出水中的污染因子浓度即下一阶段入口浓度(mg/l)，c
1,i
≥0；
[0016]q1,j,i
——除油工艺j生产水处理流量(m3/day)，q
1,j,i
＞0；
[0017]r1,j,i
——除油工艺j运行的污染因子去除率(％)；
[0018]m1,j,i
——除油工艺j的生产水削减量(kg/day)。
[0019]
(2)气浮阶段气浮工艺k的生产水处理效率
[0020]
污染因子去除率r
2,k,i
是蒙特卡罗随机抽样的第i次抽样结果，用于计算气浮工艺k出口污染因子含量c
2,k,i
，污染因子削减量m
2,k,i
。气浮阶段不同工艺需要重新进行流量分配，分配系数为α。
[0021][0022][0023][0024]
其中：
[0025]c1,i
——气浮工艺k进水中的污染因子浓度(mg/l)，c
2,i
≥0；
[0026]c2,k,i
——气浮工艺k出水中的污染因子浓度(mg/l)，c
2,k,i
≥0；
[0027]c2,i
——气浮阶段出水中的污染因子浓度即下一阶段入口浓度(mg/l)，c
2,i
≥0；
[0028]q2,k,i
——气浮工艺k的生产水处理流量(m3/day)，q
2,k,i
＞0；
[0029]r2,k,i
——气浮工艺k运行的污染因子去除率(％)；
[0030]m2,k,i
——气浮工艺k的污染因子削减量(kg/day)；
[0031]
α——不同工艺入口流量分配比例系数。
[0032]
(3)过滤阶段气浮工艺p的生产水处理效率
[0033]
污染因子去除率r
3,p,i
是蒙特卡罗随机抽样的第i次抽样结果，用于计算过滤工艺p出口污染因子含量c
3,p,i
，污染因子削减量m
3,p,i
。过滤阶段不同工艺需要重新进行流量分配，分配系数为β。
[0034][0035]
其中：
[0036]c2,i
——过滤工艺p进水中的污染因子浓度(mg/l)，c
2,i
≥0；
[0037]c3,p,i
——过滤工艺p出水中的污染因子浓度(mg/l)，c
3,p,i
≥0；
[0038]c3,i
——过滤阶段出水中总的污染因子浓度即末端出水浓度(mg/l)，c
3,i
≥0；
[0039]q3,p,i
——过滤工艺p生产水处理流量(m3/day)，q
2,k,i
＞0；
[0040]m3,p,i
——过滤工艺p的生产水削减量(kg/day)；
[0041]r3,p,i
——过滤工艺p运行的污染因子平均去除率(％)；
[0042]
β——不同工艺入口流量分配比例系数。
[0043]
(4)达标排放约束条件
[0044]
污染因子浓度排放限值为c0，达标排放应满足如下关系(不达标结果不输出)：
[0045]c3,i
≤c0[0046]
其中：
[0047]
c0——生产水排放标准污染物石油的含量限值(mg/l)，c0≥0
[0048]
(5)海上油田运行全流程的生产水处理效率
[0049]
蒙特卡罗第i次抽样时总的入口污染因子浓度为c
0,i
(mg/l)，可以计算全流程污染物去除率ri(％)、全流程污染物消减量mi(kg/day)。
[0050][0051][0052][0053]
(6)海上油田运行全流程的最优化技术路线选取
[0054]
根据蒙特卡罗法模拟之后计算出的出口浓度值、污染物去除率和污染物削减量等值来选取对应的优化技术路线，并根据与当前监测值的对比，提出合理的优化建议。
附图说明
[0055]
图1为蒙特卡罗法抽样的单次随机实验图。
[0056]
图2为基于蒙特卡罗法抽样预测海洋油田生产水处理选取最优化技术路线的全过程图。
[0057]
图3是采用本发明方法蒙特卡罗法模拟的各处理出口污染物浓度。
[0058]
图4是当前去除率与采用本发明方法模拟得到的最优去除率对比图。
具体实施方式
[0059]
海洋油田生产水处理分为除油、气浮、过滤三阶段，三阶段不同工艺类型分别用j,k,p 表示。污染物以石油为例，其余污染物同理。经调研渤海油田某平台生产水处理流程各级水质数据，得出设备进口生产水的含油浓度c、进水流量q和石油去除率r的数值范围，进行蒙特卡罗随机抽样，抽样值进行如下公式计算。本发明中气浮和过滤阶段的生产水流量分配比例为均分，即α、β数值都取1。基于蒙特卡罗法抽样预测海洋油田生产水处理选取最优化技术路线的全过程图如图2所示。
[0060]
初始设计方案如下：
[0061]
表1初始方案
[0062][0063]
步骤一：分别进行蒙特卡罗模拟，算出除油、气浮和过滤阶段的生产水处理效率。以除油阶段为例，由进口含油量c
0,j,i
、油去除率r
1,j,i
、流量q
1,j,i
为蒙特卡罗第i次的抽样
值，根据如下公式，计算可求出各处理出口含油量为c
1,j,i
，油削减量m
1,j,i
，除油阶段总出口含油量为 c
1,i
[0064][0065][0066]
按照水量均等分配，模拟气浮阶段气浮工艺k和过滤阶段工艺p的生产水处理效率与除油同理。且根据达标排放约束条件，来输出符合约束条件的抽样结果均值，石油浓度排放限值为 c0,达标排放应满足如下关系(不达标结果不输出)：c
3,i
≤c0。
[0067]
经蒙特卡罗模拟，各处理出口所含污染物浓度值如图3所示。
[0068]
步骤二：该海上油田运行全流程的生产水处理效率，由蒙特卡罗第i次抽样时总的入口含油浓度为c
0,i
(mg/l)，可以计算全流程污染物去除率ri(％)、全流程污染物消减量m
i (kg/day)。
[0069][0070][0071][0072]
步骤三：蒙特卡罗模拟值与当前实际运行值进行对比，为当前实际运行关于去除率的提高提出合理化建议，优化当前含油生产水处理效率，进而决策得出最优技术路线。
[0073]
图4显示了实际运行过程中的当前去除率与采用本发明方法模拟的最优去除率对比图。由实际运行过程中的去除率与蒙特卡罗模拟值进行对比，可以得到当前实际运行过程中的去除率较低，除油阶段去除率和气浮阶段去除率都有较大的优化空间，除油阶段当前去除率均值约为30％，应适当提高到70％；气浮阶段去除率当前约为60％，可以适当提高到70％，可以通过优化各工艺段运行参数，并实施智能调控药剂投加等措施，从而实现技术路线及处理效率最优。
[0074]
本发明基于生产水处理稳定达标、处理成本最低和回注驱油效率提升的油田生产水处理技术路线评估和优化方法，为全流程生产水处理技术路线提供诊断和优化方案。
[0075]
以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的任何简单修改或等同置换，尽属于本发明要求保护的范围。