分支优化范文（精选5篇）
分支优化 第1篇
我国煤层气储层“三低一高”的储层物性,使得常规直井裸眼开采煤层气单井产量低,经济效益差,因此,大部分煤层气直井需要通过压裂等增产措施提高单井产能。同时因为我国煤层气储层渗透率普遍较低,煤阶高,目前完成的煤层气裸眼洞穴井,增产效果不明显,整体产气量低,难以推广应用[1]。多分支水平井因为可以最大限度地增加井筒与储层的接触面积,沟通储层中的原始裂缝,已成为我国开发低渗透煤层气储藏一种非常有效的手段。目前我国煤层气多分支水平井的设计理念主要采用国外的成型技术,因此需要针对中国煤层气储层物性对多分支水平井进行参数优化研究。当一种井身结构方案大致确定后(分支条数、分支角度、分支长度),分支间距也是影响产气量和开采效率的重要因素。
1数学模型的建立
1.1煤层气、水流动方程
根据文献[2]概括的地质模型,分别从基质的微孔隙系统、裂缝系统和煤层气井筒三个方面推导出描述煤层中煤层气、水储集和运移规律的偏微分方程组,并给出定解条件。
式(1)中:Cm为基质中煤层气气体浓度,m3/m3; VLLangmuir体积,m3/t;PLLangmuir压力,Pa;Pg裂缝系统中的压力,Pa;ρb-煤岩密度,g/cm3;Df为裂缝中气体扩散系数,m2/s;K为储层平均渗透率,mD;Cf为裂缝中气体的体积浓度,mol/m3;Krg、Krw分别为气、水的相对渗透率,无因次;ρg、ρw分别为气、水的密度,kg/m3;Sg、Sw分别为气、水饱和度;μg、μw分别为裂缝系统中气、水的黏度,mPas。
1.2井筒压降模型
煤层气藏采用多分支水平井开采时,流体经过储层渗流进入分支井筒或主井筒,后流向井底产出地面,其流动过程需要克服摩擦压降、加速度压降和重力压降的影响。根据质量守恒和动量守恒原理,气体沿多分支井第i支井筒,第j微元井段流至第j-1段压降分别为:
井筒壁面摩擦压降为,
加速度压降为,
重力压降为,
式中,L为水平井段长度,m; q(i,j)为微元段流量,m3/s;f(i,j)为该段管壁摩擦系数,无因次。Q(i,j)为第i支井筒,第j段微元段中点截面处的流量,m3/s;dw为井筒半径,m。
上述煤层气储层气、水两相流动模型方程组和井筒压降模型最终可以转化为只含气相压力Pg和水相饱和度Sw和井底压力Pwf的的非线性方程组,采用Newton-Raphson方法对此方程组线性化处理,气水两相流动方程采用预共轭斜量法求解,井筒压力方程采用高斯消去法求解,之后两相流动方程和井筒压降方程耦合迭代进行求解。
2分支间距对产能的影响
为了分析煤层气多分支水平井分支间距对产能的影响,在相同分支角度,分支数目和水平井筒总长(3 400 m)条件下,仅改变分支间距进行数值模拟计算。模拟区域为边长1 000 m的正方形,采用山西沁水盆地郑庄区块ZP011H井3号煤层物性参数作为输入参数,多分支井结构参数参见图1。
煤层孔隙度为0.03;煤层渗透率为1.2310-3 μm2;煤层厚度5 m;煤层温度314 K;煤层原始压力5.2 MPa;临界解吸压力4.4 MPa;Langmuir压力常数3.125 MPa;Langmuir体积常数39.91 m3/t;埋深560 m,压缩系数0.062 MPa-1;表皮系数-3.2。井底流压,2.1 MPa;含气量23.45 m3/t(34.23 m3/m3)。
图2是多分支井生产10年内日产气曲线,从图2可以看出,多分支水平井峰值产气量达20 000 m3/d,稳定期产气量在12 00015 000 m3/d,对比樊庄-郑庄区块煤层气多分支水平井实际生产数据[3],可见本文数值模拟的结果与现场实际相吻合,本文的数值模型是正确有效的。
对于不同的分支间距,产气量明显不同;随着分支间距的增大,产气峰值越大,初期产气量上升越快,;随着生产时间的增加,煤层气多分支井产气量呈下降趋势,当分支间距在200500 m之间时,分支间距越大,产气量下降越快。
图3为多分支井生产10年时累计产气量与分支间距的关系图,综合图3和图2可以看出,在煤层气多分支水平井生产3年时,累计产气量随分支间距的增大而增大,当生产10年时,累计产气量并不是随着分支间距的增大而增大,分支间距为200300 m时,累计产气量相对最大。
分析其原因是当分支间距为100 m时,分支间距小,控制泄流面积小,峰值产气量和累计产气量越小;随着分支间距的增大,控制面积变大,产气量和累计产气量增大,但是多分支井的有效控制面积存在一个极限值,当分支间距太大时,分支变为单个的井筒控制煤层渗流,此时再增大分支间距不能再增加产能。并且煤层气井气体的产出机理与常规油气藏不同,煤层气产量除与有效控制面积相关外,一方面取决于多分支井控制区域地层压力均匀、快速下降、被动用的区域的增大[4]。另一方面取决于与压力相关的储层渗透率的改善[5]。所以对于给定的煤层气藏,当采用多分支水平井开采时,存在一个最优的分支间距,既能保证较大的有效控制面积,又能保证有效控制区域内储层压力的均匀快速下降,促进气体的解吸扩散和储层渗透率的改善,获得较高的累积产气量。本文计算条件下最优分支间距为200300 m。
从图4可以看出,模拟区域面积相同的条件下,当分支间距为200300 m时,采出程度最大。对于现场实际开采煤层气藏时,一般不会有给定的储层边界,井型不变的条件下,分支间距越大,控制区域越大,因此当最优分支间距较小时,控制区域实际采收率相对更高。
3结论
(1)建立了非均质各向异性双孔介质煤层气储层气液两相渗流模型和井筒压降模型,模型预测煤层气多分支水平井产气量与现场生产状况相一致,证明模型是正确和有效的。
(2)采用多分支水平井开采煤层气储藏时,存在最优分支间距,当分支间距小于最优分支间距时,实际控制面积小,峰值产气量和累计产气量小,经济效益差;当分支间距大于最优分支间距时,累计产气量降低,相同控制面积下采出程度降低。现场开采煤层气储层时,当最优分支间距较小时,相对而言实际控制区域内煤层气采出程度更高。
(3)本文计算条件下,煤层气多分支水平井最优分支间距为200300 m。
摘要：建立了非均质双孔介质煤层气储层多分支水平井开采的数学模型。模型中考虑了裂缝中气体的扩散和主支、分支井筒内压降的影响,分析了煤层气多分支水平井分支间距对产能的影响。研究表明:采用多分支水平井开采煤层气储藏时,给定井身结构条件下,存在最优分支间距。当分支间距小于最优分支间距时,实际控制面积小,峰值产气量和累计产气量小。当分支间距大于最优分支间距时,累计产气量降低。相同控制面积下采出程度降低;现场开采煤层气储层时,当最优分支间距较小时,相对而言实际控制区域内煤层气采出程度更高。计算煤层气多分支水平井最优分支间距为200—300 m。
关键词：煤层气,多分支水平井,最优分支间距
参考文献
[1]熊德华.沈北煤田空气造穴工艺的技术探讨.2008年煤层气学术研讨会论文集,2008:276—280
[2]汪志明,李晓益,张健.低渗透煤层气藏直井开采数值模拟研究.石油天然气学报,2009;31(3):144—147
[3]刘建军,高正虹,刘俊.多分支水平井技术在樊庄—郑庄区块应用中存在的问题及改进设想.2010年全国煤层气学术研讨会论文集,2010:288—292
[4]张冬丽,王新海.煤层气羽状水平井开采的影响因素分析及增产机理.科学通报,2005;50(1):147—154
多分支井结构优化研究 第2篇
分析多分支井不同的产能计算模型, 并通过分析分支井渗流阻力, 得知多分支井的产能与其长度的关系为:长度对多分支井产量的影响随着长度L的增大而降低;当井筒位于油层中部时油井具有最大的产能, 但是它们的值相差不大。
基于多分支井等效井径模型、井筒变质量流动模型、综合表皮系数模型及势的叠加原理, 建立了新型单层油藏多分支井油藏渗流与井筒管流耦合模型。利用所建模型分析了分支数、分支长度、分支与主井筒的夹角等分支参数对多分支井入流动态及产能的影响:分支数增多、分支长度增长, 多分支井总产量增加, 但增长幅度越来越小;单独改变分支与主井筒的夹角对总产能影响较小。
建立多分支井油藏渗流与井筒流动耦合的产能预测模型, 得出:一个分支井的高产量会对其他分支井在主井筒里造成高背压, 同时, 还会在分支中形成窜流, 因此, 分支长度增长, 多分支井总产量增加, 但增长幅度越来越小。
通过三维势函数的定义推导出无界地层中多分支水平井三维稳态渗流速度势分布, 再根据镜像反映和势叠加原理, 推导出了具有边界条件下多分支水平井的三维稳定势分布:多分支水平井各分支间的间距增大, 产能增加;随着分支数的增加, 产能增加, 但产能增加的幅度越来越小;对于两分支水平井, 夹角为45°时, 产能最大;对于两分支以上的水平井, 夹角为60°时, 产能最大;多分支水平井的夹角为90°时, 产能最小。
2 实验原理
本实验通过实验装置的设计, 模拟均质油藏单相渗流时, 开发后期以前, 地层压力变化不大的情况下, 多分支井的产能与分支结构参数之间的关系。
由于在开发过程中, 较短的周期内, 地层的压力基本不变, 因此, 在实验时, 通过用恒定高度的水压来模拟地层压力;同时, 通过用水流来模拟地层的单相流体;通过用确定配比的沙子与水泥的混凝土块来模拟含油的岩层;通过用饱和水的模拟岩层来模拟单相均质油藏;最终, 通过研究水在不同多分支结构的情况下的流量来模拟油藏的产能, 并得出最后的结论。
堵水孔方法:由于模拟油藏的每一个孔的长度是已知的, 若要控制其长度, 就把活塞与标尺连接, 通过在标尺上读出活塞伸入的长度, 用总长度减去读数就是实际水孔的有效长度。
有效长度=水孔的总长度-伸入的长度。
3 实验器材
实验用水缸、模拟方形油层、模具 (用以模拟油藏) 、量液用烧杯、计时器、活塞 (通过与圆柱状标尺用螺纹连接来封堵水孔或确定需要的长度) 、标尺 (圆柱状, 上有螺纹, 以便于活塞连接)
4 实验大体流程
调整好模拟油藏的各项参数, 再将模拟油藏装入水缸中, 向水缸里装入等高的水 (保证油层压力基本不变) , 待水进入模拟油藏稳定后, 再实验。在实验时, 打开阀门, 计时10分钟, 测定流量。当换用不同分支井结构或油藏时, 获得相关的参数值及流量值, 进行比较, 得出结论。
5 油藏模拟
在本实验中, 通过用水泥和颗粒相近的沙子均匀混合, 制出均一的模拟四方体油藏, 在井眼d处接水管以便把液体排出测量, 同时, 在井眼处和装置与水管的接触处加密封圈, 以防漏水。
相关参数:h=25cm, l=80cm, d=1cm, a=30cm, b=10cm, α=22.5°
同时, 为了能够用控制变量法研究此油藏, 而且为了节省材料, 油藏在制作时, 其水平分支井如图。因为制作好以后, 打孔困难, 而且精确度很差, 因而在制作时, 使用钢管为模具, 做出这样的分支。在不需这样长或这么多的分支时, 用活塞封堵分支。
5.1 测定材料的合理配比:
制作高h=100mm, 外径R=63mm, 内径r=30mm的中空且底部封死泥柱, 其中所需的砂和水泥的总重为M=1kg, 分别按水泥与砂的质量配比成1:1、1:2、1:3、1:4和1:5, 根据资料查得一般情况下水灰比为0.44。
将制好的模型放入水中, 使得水面与泥柱表面齐平, 观察水从泥柱外部渗到中空部, 在20分钟时间内, 经过比较泥柱中水的量, 发现泥砂比为1:5, 水灰比0.51的配比结果最佳。
5.2 模具
整个模具用于制作模拟油藏用, 使用木制的内空腔长80cm宽80cm高25cm的盒子, 其中木板的厚度为1.5cm。为了实验需要, 在木盒的四周高10cm的地方打了14个直径为1.8cm的孔。
5.3 模拟步骤
(1) 将模具放在水平位置, 并向内加入调好的混凝土到高度为10cm处。
(2) 从模具四周的孔中插入外径为18cm的钢管, 把钢管调整水平。
(3) 待已经加入的混凝土凝固时, 再在上边加一层混凝土25cm, 待其凝固干燥。
(4) 用直径为18cm的钻头在模拟油藏的孔中分别继续打孔至O、C、D点。
(5) 用水冲洗掉模拟油藏孔中的灰烬, 以备下面实验用。
6 实验及数据处理
6.1 研究位置对分支井产能的影响
步骤: (1) 用活塞关闭2、5、6、7、8、9、10号井; (2) 轮流对3~4、11~12、13~14井各取20cm, 关闭其他井, 计时10分钟, 记下各自流量p; (3) 若有必要, 重复上述步骤。
随着位置距油藏中部0cm距离递增至10cm、20cm, 流量由181.6q/ml渐变至176.5q/ml、165.8q/ml (见图1) 。
由图1可知, 分支越远离油藏中部, 产能的减少也越快。其中, 分支在中部时, 产能最高。原因可能是由于远离中部时, 打井后波及的范围较小造成的。
6.2 研究长度对分支井产能的影响
步骤: (1) 取5、6号井, 关闭其它井; (2) 在5、6号井中先后各取5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm, 各记10分钟时的流量; (3) 若有必要, 重复上述步骤。
随着分支长度由5cm递增至10cm、15cm、20cm、25cm、30cm, 流量由56.4q/m L渐变至105.7q/m L、142.5q/m L、170.2q/m L、191.2q/m L、203.9q/m L (见图2) 。
对于本实验, 由图2可知当分支的长度增加时, 分支井的产能会增加, 但是, 产能的增加随分支长度的增加逐渐减缓, 其中到达20cm以后, 增加速度明显放缓。
6.3 研究分支数目对分支井产能的影响
步骤: (1) 关闭2、5、6、7、8、9、10号井; (2) 在3号井取40cm, 关闭其它井, 记10分钟时的流量; (3) 在3、4号井各取20cm, 关闭其它井, 记10分钟时的流量; (4) 在3、4、11号井各取13.3cm, 关闭其它井, 记10分钟时的流量; (5) 在3、4、11、12号井各取10cm, 关闭其它井, 记10分钟时的流量; (6) 在3、4、11、12、13号井各取8cm, 关闭其它井, 记10分钟时的流量; (7) 在3、4、11、12、13、14号井各取6.7cm, 关闭其它井, 记10分钟时的流量; (8) 若有必要, 重复上述步骤。
随着分支数目递增至2个、3个、4个、5个、6个, 流量由183.1q/m L渐变至180.3q/m L、179.5q/m L、178.8q/m L、178.4q/m L (见图3) 。
在总的分支长度一样的情况下, 分支的数目越多, 分支井的产能就越小, 当分支数为1时, 分支井的产能最高;随着分支数目的增加, 产能减少的速度减缓, 并最终趋向于水平主井的产能。分析其原因, 可能是由于当分支数目过多时, 分支井的流体会形成窜流引起的。
结语
本文提出了预测多分支井分支结构对产能影响的方法, 同时, 设计出了实验装置, 得出了模拟油藏的具体方法, 并最终通过实验的方法分析在实验条件下, 均匀长方体薄层油藏单相流体渗流时, 分支井结构参数 (包括分位置度、长度、数目) 对多分支井产能的影响。
1分支位置对分支井总产能的影响较大, 随着分支距离油层中部越近, 分支井的波及效率越高, 分支井的总产能越大。
2分支长度对产能的影响很大, 随着分支增长, 分支井的产能随之增加, 但是增长有一定的限度。随着长度的增加, 产能增加减缓。
3在总的分支长度一样的情况下, 由于分支井内流体会形成窜流, 分支的数目越多, 分支井的产能就越小, 当分支数为1时, 分支井的产能最高;随着分支数目的增加, 产能减少的速度减缓, 并最终趋于稳定。
摘要：本文调阅了关于多分支井的产能预测与计算的文献, 同时本实验针对多分支井的分支数目、位置与长度等结构设计实验、展开实验, 得出了在实验压力的条件下, 最佳泥砂比为1:5、水灰比0.51;得出产能最高的分支井结构特征, 并最终得出成果。结论显示:随着分支距离油层中部越近, 分支井的波及效率越高, 分支井的总产能越大;随着分支数目的增加, 产能减少, 但产能减少的速度减缓, 产能最终趋向于稳定;随着分支增长, 分支井的产能随之增加, 但产能增速减缓。
关键词：多分支井,结构,参数优化,油藏模拟,研究
参考文献
[1]汪志明, 张磊敏, 魏建光, 等.分支参数对多分支井入流及产能的影响规律研究[J].石油钻探技术, 2009, 37 (03) .
职称系统分支专业 第3篇
职称软件系统分支专业名称
高校系列分支专业：
1、马克思主义理论、哲学、法学、党史
2、经济学、管理学
3、体育
4、艺术
5、教育心理学
6、历史
7、中国语言文学
8、外国语言文学
9、数学
10、物理学、力学
11、化学、化工、非金属材料
12、自动控制、计算机、仪器仪表、电气工程、电子学、通讯技术
13、机械设计与制造、冶金、金属材料
14、建筑、土木、水利、测绘、铁路、公路、水运、地理、地质
15、农学、林学、畜牧、兽医、生物
16、医学
17、高教管理、学生思想政治教育
18、实验技术
自科系列分支专业：
农业（有子专业）林业轻工化工信息机械交通水利医疗卫生实验技术 社科系列分支专业：
文学哲学历史经济科社社会学法学高校管理
工程系列分支专业（有子专业）：
林业 土建 公安 地勘质量技术监督机械与动力工程农业工程环境工程冶金地质水利水电纺织电子通迅与自动控制技术交通化工轻工建筑材料有色金属管理科学与工程电气工程测绘矿山工程安全
经济系列分支专业：
工商管理农业商业财政税收金融保险运输人力资源邮电房地产旅游建筑市场营销
图书系列分支专业：
图书馆管理文献采访文献分编借阅服务参考咨询图书馆现代技术文献保护研究辅导社会教育
艺术系列分支专业（有子专业）：
编剧导演音乐舞台美术表演美术文字编辑摄像 录音
会计系列分支专业：会计
政工系列分支专业：思想政治工作
分支优化 第4篇
日前无功优化问题是指根据系统日前母线的负荷预测结果、日前有功发电计划和检修计划等,制定满足次日系统节点功率平衡约束、电网安全运行约束和无功调节设备动作限制等约束的无功电压控制调度计划,以实现次日系统有功总网损最小、电压波动最小和无功调整成本最小等目标[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。
现有的日前无功优化在制定次日调度计划时大多未考虑次日电压质量及电压稳定问题,由此得到的调度结果无法应对风电并网等引起的大功率波动给电网安全稳定带来的冲击[10]。文献[1]针对各节点电压构造了隶属度函数并引入目标函数中,以提高次日电压合格率。但仅将节点电压限制在合格范围内无法保证系统的电压稳定性。文献[2]将雅可比矩阵最小奇异值作为衡量电压稳定性的指标,建立了多目标日前无功优化模型。但最小奇异值属于状态指标,线性性不好,无法计及发电机无功约束等非线性因素。因此,需开展更为准确有效的计及电压稳定问题的日前无功优化模型研究。
另一方面,由于日前无功优化问题本质上是一个大规模非线性动态混合整数规划问题,大量离散变量及时段间耦合约束的存在使其求解变得较为困难。目前日前 无功优化 的求解方 法主要有4种。 1联立求解法[3]:将离散设备的动作次数限制描述成可解析的数学表达式,将原问题作为一个整体进行求解,并在求解过程中实现离散变量的归整。但联立求解会导致问题规模 较大,因而不利于计算。 2现代智能算法[1,4]:将全天控制变量编码成一个个体,采用现代智能算法进行求解。但智能算法本质上的随机性和低效性限制了其实用化。3分解协调法[5,6,7]:将原问题分解为仅含连续变量和仅含离散变量的子问题,通过协调技术进行协调求解。该类算法的缺陷在于离散变量和连续变量的独立求解将导致解的搜索路径发生偏移,无法得到原问题的最优解。4启发式算法[8,9]:通过启发式规则确定离散设备的动作时刻,将原问题转换为单时段的优化问题进行求解。该类算法人为固定了离散设备的动作时刻,很难实现控制设备的合理调控。
基于上述现状,本文将全天有功网损、电压偏移量和系统总动态无功储备作为目标函数,并以分区动态无功储备大于某一下限值作为约束条件,建立日前无功优化模型。该模型可实现减小电网有功损耗、改善电压质量和提高电压稳定性的目的。考虑到大量离散变量及其时段间耦合约束的存在是求解日前无功优化问题的难点,且均与离散变量相关,因此,本文采用 分支定界—原对偶内 点法进行 求解。 分支定界—原对偶内点法结合了分支定界法[11]有效处理离散变量和原对偶内点法[12]高效求解非线性规划的优点,已成功应用于单时段无功优化[13,14]和机组组合[15,16]问题中。但与单时段无功优化问题不同,日前无功优化的离散性不仅在于各时段的离散变量,还在于其相邻时段调节挡位和全天动作次数约束,因此,在通过分支定界树使各离散变量逐步逼近离散值的同时,还需利用合理的分支剪支策略满足其时段间的耦合约束。另一方面,由于日前无功优化是一个大规模优化问题,若采用机组组合问题中直接将整个原问题进行松弛的处理方法,会导致每一个松弛子问题的规模较大。因此,本文将按时段进行分支,将原问题分解为一系列仅含连续变量的单时段无功优化子问题进行求解。
1日前无功优化模型
1.1目标函数
式中:NT为时段数;NB和NG分别为节点和无功源的个数;ω1,ω2,ω3为各优化目标的权重系数,其取值可根据实际优化需求进行调整;Ptloss为时段t的有功网损;Vti为时段t中节点i的电压;Vi,set为次日节点i的期望电压;Qtg,j和Qtg,j,eff分别为时段t无功源j的无功出力和最大有效无功出力;ft1,ft2,ft3分别为时段t的3个子目标函数的最优值,即单独考虑某一子目标最优时的目标值。
1.2约束条件
1)潮流方程约束
式中:gt(·)为潮流方程;xt为时段t内由控制变量和状态变量构成的向量;Qtg为发电机无功 出力向量;Kt为变压器变比向量;Qtc为并联电容电抗的无功补偿值向量;Vt为节点电压幅值向量;θt为节点电压相角向量。
2)运行约束
式中:Vi,max和Vi,min分别为节点i的电压上、下限。
3)分区动态无功储备约束
式中:NG,k为分区k中无功源的节点个数;Qtrs,k,min为时段t内分区k的动态无功储备下限值;Narea为电网分区个数。
4)控制变量上、下限约束
式中:t=1,2,…,NT;Qg,i,max和Qg,i,min分别为无功源i的无功出力上、下限;Kti,Ki,max,Ki,min分别为时段t内变压器i的变比及 其上、下限;Qtc,i, Qc,i,max,Qc,i,min分别为时段t内电容电抗i的补偿值及其上、下限;NK和NC分别为变压器可调变比和并联电容电抗的个数。
5)时段间耦合约束
相邻时段调节挡位约束为:
式中:t=1,2,…,NT;Sk,i,Δ为变压器i相邻时段最大调节挡 位;Qc,i,step为电容电 抗i的调节步 长; Ki,step为变压器i的调节步长;SQc,i,Δ为电容电抗i相邻时段最大调节挡位。
全天调节次数约束为:
式中:Sk,i,max为变压器i的全天最 大调节次 数; SQc,i,max为电容电抗i的全天最大调节次数;为异或符号,当时段间离散设备的取值相异时取1,相同时取0。
上述模型的特点为:1将次日有功网损、电压偏移和系统总动态无功储备作为优化目标,可有效减少次日有功网损、改善电压质量及提高系统的电压稳定性;2将分区动态无功储备同时作为目标函数和约束条件,在提高系统总动态无功储备的同时确保各分区动态无功储备的均衡,可有效避免电压崩溃的发生。
2分区动态无功储备的计算
本文以动态无功储备作为系统电压稳定性的量度,在建立上述数学模型前需计算各无功源的最大有效无功出力和分区所需最小无功储备的限值。
2.1无功源最大有效无功出力的计算
考虑到无功电压的局部平衡特性,在无功电压控制中对 电网进行 分区是一 种十分有 效的手段[17,18]。首先采用无功电压分区技术将电网分为若干个分区,并根据分区过程中得到的电气距离确定各分区的电气中心节点。然后在分区电气中心节点上投入一台虚拟调相机,逐步改变调相机的输出电压,求解潮流计算该调相机的无功电压输出,重复此步骤直至采集到足够多的点,得到该节点的VQ曲线。VQ曲线的最低点即为电压崩溃点,此时各无功源的输出即为其最大有效无功出力。该最大有效无功出力与电网的结构、负荷情况、有功调度情况、 无功源所处的位置及其发电容量等因素有关,可有效反映各无功源的无功支撑能力。在优化过程中, 通过调节变压器变比和投切电容电抗使该最大有效无功出力增加,并减少无功源当前的无功出力,以达到提高系统动态无功储备的目的。
2.2分区最小无功储备限值的计算
为了避免电压崩溃现象的发生,各分区应确保一定的动态无功储备。考虑到各分区正常运行状态下的动态无功储备应大于该分区在故障情况下无功源输出可能出现的最大变化量,本文选择分区中最严重的单一开断故障并对此时的关键节点VQ曲线进行计算,将分区中各无功源在VQ曲线鼻点和运行点的无功出力的差值的总和作为该分区的最小无功储备限值。其具体计算方法见文献[19]。
3基于分支定界—原对偶内点法的求解算法
采用分支定界—原对偶内点法求解日前无功优化问题的关键在于通过分支使离散变量逐步逼近离散值,在此过程中计及约束式(8)及式(9),得到仅含连续变量的单时段无功优化松弛子问题,采用原对偶内点法 进行求解,并对不满 足约束式 (10)及式(11)的子问题进行剪支。
3.1分支过程
在分支前应先对当前时段的离散变量进行分支排序。由于电容电抗的投切将直接改变系统无功大小,而变压器变比只改变系统潮流分布,因此,在分支次序上应优先考虑电容电抗。又由于离散变量归整后的变化量越大,越可能引起解位置的变化,因此,应在上述基础上优先分支偏离大的离散变量。
本文采用的分支方法为变元二分法 , 即对未取得离散值的离散变量引入界约束 , 形成2个新的松弛子问题 。 由于在求解过程中需计及约束式 ( 8 ) 及式 ( 9 ), 因此分支前应判断松弛子问题及其父问题是否属于同一时段 , 若是 , 则按图1所示的分支示意图引入界约束 。 图1中为离散变 量xi在区间上的连续解 ; Ii为xi的一个离散值 ,且
若否,则按下式构造界约束:
式中为分支变量在上一时段的取值 ; xi , step为调节步长 ; Si , Δ为相邻时段的最大调节挡位 。
3.2子问题的原对偶内点法求解
引入界约束后的松弛子问题中,变压器变比和电容电抗补偿值在其界约束内是作为连续变量进行求解的,因此,松弛子问题实际上是一个仅含连续变量的单时段无功优化问题,如下式所示:
式中:Ki,min′,Ki,max′,Qc,i,min′和Qc,i,max′分别为变压器变比i和电容电抗i补偿值经分支处理后的上、 下界。该子问题可直接采用原对偶内点法[12]求解。
3.3剪支过程
采用原对偶内点法求解出松弛子问题后,需对满足剪支准则的子问题进行剪支。日前无功优化问题中有以下剪支准则:1子问题不可行;2子问题已取得全天整数解;3子问题中离散变量不满足约束式(10)及式(11);4子问题目标值不小于上界值。
值得注意的是,由于本文按时段进行分支,在未完成全天所有时段的分支前,无法得到原问题的目标值,因此,在与上界值进行比较时,本文采用的做法是先将上界取为某一固定值,即利用00:00时刻与24:00时刻的周期性,将当天24:00时刻离散变量的值作为次日00:00时刻的初值,并将各离散变量固定为该初值,进行次日各时段的无功优化,得到一个全天整数可行解。由于该整数解中的各离散变量均无法调节,其质量势必劣于算法所得的优化解, 因此,可将该整数解作为原问题的上界,然后采用图2所示的方法进行剪支判断。图2中,黑色圆点为取得当前时段整数解的子问题,ZB(t)为其目标值;UB(t)为上界解中对应时段的目标值;红色圆点为待判断的子问题,T为其所处时段;Obj(T)为其目标值 。 将进行比较后,舍弃目标值和大的子问题。这样处理可逐时段删除一些目标值和较大的子问题,减少不必要的计算。此外,考虑到优化过程中离散设备在前期时段一般是有动作权限的,若此时其目标值未优于上界中对应时段的目标值,则继续分支计算得到最优解的概率较低,因此,可保证算法具有较好的整体优化效果。
4算法步骤
本文所提的基于分支定界—原对偶内点法的日前无功优化算法的计算步骤详列如下。
步骤1:计算各时段无功源最大有效无功出力和分区动态无功储备下限值,对式(1)至式(11)建立数学模型。
步骤2:将离散变量固定为初值,进行只含连续变量的次日各时段无功优化,得到原问题的上界。
步骤3:令当前时段T=1,松弛第1时段无功优化问题,应用原对偶内点法求解,将该松弛问题加入待分支队列BP中。
步骤4:依次对待分支队列BP中的子问题进行分支,采用原对偶内点法求解各松弛子问题,并将其加入下次分支队列XP中。
步骤5:若子问题中仅分支变量取得离散值,则记录该分支变量的动作次数;若子问题中当前时段的离散变量均取得离散值,则在记录动作次数的同时,令T=T+1。
步骤6:根据剪支准则1至4对下次待分支队列XP中的各子问题进行剪支处理。
步骤7:用剪支后的分支队列XP更新BP。
步骤8:判断待分支队列BP是否为空,若是,则从已得整数可行解中取出目标值最小的解作为最优解;否则转至步骤4。
5算例分析
为验证本文所提模型与算法的有效性,分别对IEEE 30和IEEE 118节点系统进行仿真分析。程序采用MATLAB R2010b软件编写,在Pentium R 3.0GHz的CPU、3GB内存的计算机上运行。
5.1IEEE30节点系统
系统中电容电抗器的调节范围如附录A表A1所示,变压器挡位的调节范围为1±4×0.012 5,并限制电容电抗器和变压器一次调节挡位数均不大于1,电容电抗器的全天动作次数不超过4,变压器全天动作次数不超过1。
该算例中未计及分区动态无功储备项,仅优化次日有功总网损,采用分支定界—原对偶内点法进行求解,并与文献[1]中的算法进行对比分析。优化结果如表1及表2所示。表1中,每个时段时长为1h。表2中,Bc10和Bc24分别为10号及24号节点上并联的电容电抗;T11,T12,T15,T36分别为第11, 12,15,36条支路上的变压器。
由表1及表2可以看出,连续优化的优化结果是最好的,但其中离散变量是连续调节的,与电网实际情况不符;给定上界中各离散变量的值均固定为00:00时刻的初值,仅调节连续变量,因而所得的结果较差;此外,本文所提算法和文献[1]中的优化算法均考虑了离散设备的离散特性及其动作限制约 束,所得的结果均满足电网的实际调度需求,但本文所提方法的优化结果更为稳定,优化效果也更好。 且本文所提算法通过逐时段剪支避免了大量不必要的计算,计算用时较短,为171.94s;而文献[1]中算法所耗费的计算用时为16 150.99s,远大于前者,效率较低。综上可知,本文所提方法是合理有效的。
5.2IEEE118节点系统
系统中电容电抗器调节范围如附录B表B1所示,其余数据同IEEE 30节点算例。
对IEEE 118节点系统按照式(1)至式(11)建立日前无功优化问题数学模型,其中ω1=0.550 3, ω2=0.000 2,ω3=0.449 5,并与仅考虑次日有功总网损的传统日前无功优化进行对比。两者均采用本文所提算法进行求解,优化结果见附录B表B2及表B3。由表可见,传统的日前无功优化虽然可减少次日电网的有功损耗,但会导致电压偏移量增加及部分分区的无功储备减少,而本文模型可在减小次日电网有功损耗的同时减小电压的偏移量,并增加各分区及全系统的动态无功储备量,从而达到改善电压质量、提高系统电压稳定性的目的。
6结语
针对现有的日前无功优化模型较少考虑次日电压稳定问题,且该算法无法准确处理离散变量及时段间耦合约束的现状,以动态无功储备作为系统电压稳定性的量度,提出了一种计及分区动态无功储备的日前无功优化模型。该模型可实现减小电网有功损耗、改善电压质量和提高电压稳定性 的目的。 此外,本文还提出了一种基于分支定界—原对偶内点法的日前无功优化问题求解算法。该算法是一种确定性解法,具有收敛性好,可靠性高、计算结果稳定的优点。但其计算时间会随离散变量个数的增加而增加,由于各子问题之间是解耦的,因此,可以考虑采用并行计算方法进一步提高求解效率。
附录见本 刊网络版 (http://www.aeps-info. com/aeps/ch/index.aspx)。
摘要：现有的日前无功优化模型较少考虑次日电压稳定问题,且算法无法准确处理离散变量及时段间耦合约束。针对此现状,提出了一种计及分区动态无功储备的日前无功优化模型,并采用分支定界—原对偶内点法对其进行求解。在求解过程中,利用分支定界树使离散变量逐步逼近离散值,通过合理的分支剪支策略满足离散变量的时段间耦合约束,将日前无功优化问题转换为一系列仅含连续变量的单时段无功优化问题进行求解。IEEE 30和IEEE 118节点系统的仿真结果表明了所提模型与方法的有效性。
分支优化 第5篇
分支井技术是一项开发剩余油藏, 提高油藏采收率的关键技术, 随着近年来分支井技术的发展, 现场应用也取得了多口分支井的成功案例。分支井窗口的优劣影响到了整个分支井的施工, 在整个分支井技术中起到了关键的作用。
1.1 分支井施工工序
第一分支钻进与完井;下入锚定与封隔装置;定向坐放造斜器;下入铣锥开窗与修窗;第二分支钻进与完井;窗口贯通
1.2 Φ244.5mm套管开窗钻具组合
Φ216mm钻绞式开窗铣锥+Φ172mm钻铤2-3根+Φ127mm加重钻杆2-3根+钻杆。
在沈阳采油厂以前的施工过程中, 由于所选的地层均为泥岩, 所选的井段为直井段, 选用上面的铣锥与钻具组合均能一趟钻完成开窗作业。
2 遇到的问题
2011年, 沈阳采油厂在边台潜山部署了多口复合型分支井来开发边台区块裂缝性潜山油藏, 提高该区块的单井产量。
在沈阳采油厂边台区块施工分支井过程中, 开窗点井斜选在20º-25º之间, 开窗点处的岩性以混合花岗岩为主, 黑云母斜长片麻岩, 内部还有一定比例的石英砂, 质地坚硬, 耐磨性强。采用牙轮钻头的机械钻速大概是2m/h, 机械钻速慢, 并且牙轮钻头磨损快, 每个钻头进尺大概在40-50m左右。
开窗的整个过程总共分为三个阶段:磨窝阶段, 骑套阶段, 出窗阶段 (见表1所示) 。
现场开窗过程中遇到的问题:
(1) 上部磨窝阶段, 开窗进尺较快, 但是铁屑返出量不大;
(2) 在骑套阶段, 由于铣锥头先出到套管外部, 进入到地层内部, 钻进过程中, 进尺十分慢, 起出铣锥后, 发现头部被磨光, 但是铣锥上部保径部分均未被磨损, 不得不更换下入新铣锥;
(3) 由于骑套阶段, 需要进尺大概2m左右, 扭矩逐渐的增大, 铣锥侧面同时也要接触地层, 由于铣锥的本体镶嵌的硬质合金对金属有磨铣切削作用, 对地层的切削能力很差, 所以侧面无位移与顶部无进尺, 导致了机械钻速慢, 铣锥磨损很快。
(4) 为了保证钻头能下过窗口, 接触到地层, 所以使用铣锥开窗尽量多大进尺, 在开窗后期, 又必须下入新铣锥, 利用新铣锥的尖部磨损地层。
(5) 开窗共用了12天, 增加了钻井周期, 用铣锥8个, 增加了成本。
3 现场的优化与应用
根据在边台-H21施工中遇到的问题, 及时的对开窗的工具以及参数进行了优化, 避免在其他井的施工中遇到同样的问题, 增加铣锥用量同时也延长了开窗周期。在技术改进后, 同样的区块, 相同的开窗点岩性与井斜, 减少了铣锥的用量和开窗的周期, 边台-H25 (开窗周期4天, 铣锥4个) , 边台-H26 (开窗周期5天, 铣锥4个) 。
优化后开窗工艺技术:
(1) 提高泥浆的粘度从50 Pas到75 Pa s, 使其具有更好的携屑性能, 避免铁屑沉积重复破碎和其他复杂情况发生;
(2) 在井斜超过20°后, 为了避免铣锥对造斜器磨损严重, 减少钻铤的数量, 或者底部组合使用加重钻杆, 这样也减少开窗骑套阶段的扭矩;
(3) 改变了铣锥的结构, 在铣锥尖部加入PDC复合片, 采用孕镶技术镶嵌在铣锥顶部和侧面, 提高其在地层内的机械钻速;
(4) 优化开窗机械参数与水利参数, 提高利用率, 延长铣锥井下使用寿命;
(5) 分析各个阶段的井下的磨铣位置, 优化布置铣锥表面切削齿。
4 结论与认识
通过边台区块施工的几口分支井, 在开窗技术改进前和改进后进行了对比, 得出了以下的结论和认识:
(1) 优化后的钻具组合有效的减少了造斜器的磨损, 提高了开窗时的机械钻速;
(2) 提高泥浆的粘度, 大量的铁屑被带出, 有效的减少开窗铁屑在井底的重复破碎;
(3) 优化铣锥顶部磨铣齿, 提高顶部在地层处的机械钻速, 有效的提高了铣锥整体开窗的速度;
(4) 硬地层开窗工具的改进, 促进了分支井技术的进步, 使分支井技术更加有效的应用到各类型的油藏中。
摘要：2011年-2012年, 辽河油田沈阳采油厂在边台潜山区块实施了三口复合型分支井, 每口井都有两个主分支, 每个主分支上都有多个鱼骨型分支, 该井型增大了井眼与油藏的接触面积, 提高了单井产量。在施工过程中, 遇到了开窗点处地层硬, 开窗机械钻速低, 铣锥用量大, 成本高等问题。在经过调整开窗钻具组合与改变开窗工具结构后, 后期的施工中, 取得了很好的效果, 并且窗口的形状和大小也符合分支井的要求, 定向钻井管柱和完井管柱通过窗口也十分顺利。开窗技术的进步, 减少了建井周期, 提高了分支井完井施工的成功率。
