注水是油田开发的一种十分重要的开采方式,它可以有效地补充地层能量,对提高原油采收率,确保油田高产、稳产起到了积极作用。但是,注水本身消耗了大量的能量。据统计,油田注水耗电量一般占油田总用电量的33%-56%,并且随注水量的增加还将持续上升。为适应不同时期、不同阶段油田对注水量的变化要求,需要经常地调整注水系统生产运行方案。多年来,注水系统的运行主要是靠注水管理人员的经验来实施,难以保证系统在优化的状态下工作,致使注水效率较低,注水能耗偏高。因此,进行注水系统优化运行技术研究,对于提高注水系统运行效率、降低注水能耗、实现油田地面工程高效、低耗、有序调整和科学管理将起到重要作用。本文主要从以下几个方面开展了研究:首先,分析研究了油田注水系统的工艺流程和管网结构特点。在此基础上,采用流体力学理论和有限元分析方法,研究建立了表征注水系统运行状态各参数(流量、压力等)之间的仿真计算数学模型。该模型属于大型非线性方程组。为提高问题的求解效率和可靠性,根据注水管网的结构特点提出了相应的简化策略,并采用迭代法进行求解。其次,研究了油田注水系统开泵方案优化问题。以注水能耗最小为目标函数,水力平衡约束、注水量约束、注水压力约束等为约束条件建立了油田注水系统开泵方案优化数学模型。该模型是包含离散变量和连续变量的大型混合优化设计问题。为了对模型进行有效求解,根据模型的结构和特点,将遗传算法、模拟退火算法和分层优化法有机的结合起来,构造了混合遗传模拟退火算法的求解策略。染色体采用0-1编码,在操作过程中采用了改进的自适应交叉和变异方式,并实施了最优保留策略。在实际应用中取得了良好的效果。再次,研究了恒速泵和变频调速泵两种类型注水泵混合使用时注水系统的生产运行参数优化问题。建立了该问题的数学模型,并采用惩罚函数法进行求解。在此基础上以经济效益和投资回收期为参考目标给出了大型复杂注水系统注水泵变频调速方案的制定方法。最后,在以上理论研究工作的基础上,采用C++ Builder语言将优化问题的建立、求解过程给予计算机实现,包括设计合理的数据结构,拓扑表达,动态数据管理,编制高效的优化算法,友好的用户界面等。编制的软件可以进行系统的仿真和运行方案优化,以减少投资,提高系统运行效率,为油田开发建设经济效益提供可靠保证。