沈阳油田机械采油系统的分析与优化.pdf

大连理工大学硕士学位论文沈阳油田机械采油系统的分析与优化姓名：王立军申请学位级别：硕士专业：工商管理指导教师：王雪华20071215大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要经过二十多年的开发建设，沈阳油田已经进入了开发的中后期。为了减缓产量递减，油田开发方案和主体采油工艺经历了几次大的调整，油井全部采用机械举升方式开采。近几年来，对机械采油工艺系统不断进行技术改造，取得了一定效果。实践中发现，仅仅从技术层面上做工作是远远不够的。为了实现油田的可持续发展，提出了用系统工程的思想和方法来分析和优化机械采油工艺系统。本文在分析沈阳油田生产实际的基础上，结合油田开发系统优化理论和方法的最新研究成果，利用系统工程的思想方法和大系统理论，综合考虑产量和成本等多目标决策问题，把地面服从地下，成本服从产量作为不变因素，将机械采油工艺系统既看作是油田开发大系统的一个分系统，又把它作为一个完整系统，从而进行定量、定性和可彳亍性分析，确定机械采油工艺系统优化的方法和步骤。通过对油井潜力因素的分析，找到了油层改造潜力和油井提液潜力，实施油井压裂、酸化和有效提高油井产液量措施后，达到了增产原油降低成本的目的。通过对作业因素的分析，确定了影响作业效率和效果的原因主要是施工队伍素质低和施工方案存在缺陷，采取了建立作业监督体系和完善方案管理程序等措施使系统得到了较好的优化，减少了作业井次，延长了检泵周期。文中给出了沈阳油田机械采油工艺系统整体优化取得的阶段成果。通过优化使抽油机井的系统效率提高了1 6 个百分点；年减少并下作业和地面维修工作量分别达到1 8 5井次和3 0 5 0 井次；年节约机械采油操作成本1 3 4 0 万元；年增产原油5 5 万吨。围绕沈阳油田机械采油工艺系统进行的优化方法探讨和沈阳油田的优化结果，对其它油田具有借鉴和指导意义。关键词：沈阳油田；采油工艺；机械采油；系统工程；分析与优化沈阳油田机械采油系统的分析与优化S h e n y a n gO i l f i e l dA r t i f i c i a ll i f t i n gP r o d u c t i o nS y s t e mA n a l y s i sa n dO p t i m i z a t i o nA b s t r a c tA f t e ro v e r2 0y e a r s e x p l o i t a t i o na n dc o n s t r u c t i o n,S h e n y a n gO i l f i e l dh a se m e r e di n t ot h el a t e re x p l o i t a t i o np e r i o d T os l o wd o w nt h eo u t p u td e c r e a s e，t h eo nf i e l de x p l o i t a t i o np r o g r a ma n dm a j o ro np r o d u c t i o nt e c h n o l o g yh a v eg o n et h r o u#s e v e r a lb i ga d j u s t m e n t s A r t i f i c i a ll i f t i n gi st o t a l l ya d o p t e di n0 i le x p l o i t a t i o no fS h e n y a n gO i l f i e l d R e c e n ty e a r s。s o m ep r o g r e s sh a sb e e ng a i n e dt h r o u g hc o n t i n u a la r t i f i c i a ll i f t i n gt e c h n o l o g yr e f o r m H o w e v e r,i tt u r n so u ti np r a c t i c et h a ti t sf a rf r o me n o u g ho fj u s tw o r k i n ga tt h et e c h n o l o g yl e v e l T og u a r a n t yt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fS h e n y a n gO i l f i e l d,s y s t e me n g i n e e r i n gt h o u g h t sa n dm e t h o d si sp r o p o s e dt oa n a l y z ea n do p t i m i z ea r t i f i c i a ll i f t i n gt e c h n o l o g ys y s t e m B a s e do nt h ea c t l l a lp r o d u c t i o nd a t af r o mS h e n y a n gO i i f i e l d,c o m b i n i n gt h en e w e s tr e s e a r c hf r u i to fs y s t e mo p t i m i z a t i o nt h e o r ya n dm e t h o d sa b o u to i le x p l o i t a t i o n,u s i n gs y s t e me n g i n e e r i n gt h o u g h t sa sw e l la sl a r g es c a l es y s t e mt h e o r y,t a k i n gi n t oa c c o u n to ft h em u l t i p l eo b j e c t i v ed e c i s i o nf o rp r o d u c t i o nt a s ka n dc o s t,e t c，f i x i n gt h ef a c t o ro fp r o d u c t i o nf o l l o w i n gr e s e r v o i rc o n d i t i o n sa n dc o s t sf o l l o w i n gt h ep r o d u c t i o n,v i e w i n gt h ea r t i f i c i a lr i f t i n ga sab r a n c hs y s t e mo ft h eo v e r a l ll a r g eo i lf i e l de x p l o i t a t i o ns y s t e ma n dv i e w i n gi t 褐a ni n t e g r a t e ds y s t e m,q u a n t i t a t i v e，q u a l i t a t i v ea n df e a s i b i l i t ya n a l y s i si sm a d ei nt h ep a p e rt od e t e r m i n et h em e t h o d sa n ds t e p sf o rt h eo p t i m i z a t i o no fa r t i f i c i a ll i f t i n gs y s t e m T h r o u g ht h ea n a l y s i so ff a c t o r sa b o u tt h ee l lw e l l s p o t e n t i a l，t h ea i mo fi n c r e a s i n gt h eo u t p u tw h i l ed e c r e a s i n gt h ec o s tw a sa c h i e v e da f t e rm e a s u f c ss u c ha sf r a c t u r e，a c i d i f i c a t i o na n dm e a s u r e st oe f f e c t i v e l yi n c r e a s ef l u i dO u t p u to fo i lw e l l sw e r et a k e n T h r o u g ht h ea n a l y s i so ft a s kf a v o r s，s t a f f sp o o rq u a l i t ya n dd e f e c t si nc o n s t r u c t i o np r o g r a ma r ec o n f i r m e da st h em a i nf h c【o r st h a ti n f l u e n c et h ee f f i c i e n c ya n de f f e c t T h es y s t e mi sb e t t e ro p t i m i z e dw i t ht h ee s t a b l i s h m e n to fo p e r a t i o ns u p e r v i s i o ns y s t e ma n dt h ei m p r o v e m e n to fp r o g r a mm a n a g e m e n tp r o c e d u r e s A sar e s u l t,t h en u m b e ro ff a u l t yw e l l si sr e m a r k a b l yd e c r e a s e da n dt h ep u m pc h e c kp e r i o di sp r o l o n g e d T h ep a p e rp r e s e n t st h ep h a s ea c h i e v e m e n to ft h ei n t e g r a t e do p t i m i z e da r t i f i c i a ll i f t i n gs y s t e mi nS h e n y a n gO i i f i e l d S y s t e me f f i c i e n c yo ft h eo 丑e x t r a c t i n gw e l l sh a si n c r e a s e d1 6p e r c e n t；t h er e d u c t i o no fa n n u a lw o r k o v e ra n dg r o u n dm a i n t e n a n c eh a v er e a c h e d1 8 5w e l l sa n d3 0 5 0w e l l ss e p a r a t e l y；t h es a v i n go fa r t i f i d a lH f t i n ge x p e n d i t u r eh a sr e a c h e dR M B l 3 4m i l l i o na n dt h ea n n u a lo i lp r o d u c t i o ni n c r e a s eh a sr e a c h e d5 5t h o u s a n dt o n s T h eo p t i m i z i n gm e t h o df o ra r t i f i c i a ll i f t i n gt e c h n o l o g ys y s t e ma n dc a s e sd i s c u s s e di nt h ep a p e rf o rS h e n y a n gO i l f i e l dc 卸b ea l s oi n s t r u c t i v ef o rt h ei m p l e m e n t a t i o ni no t h e ro i l f i e l d 大连理工大学专业学位硕七学位论文K e yw o r d s：S h e n y a n gO i l f i e l d：O i lp r o d u c t i o nt e c h n o l o g y；A r t i f i c i a ll i f t i n g：S y s t e me n g i n e e r i n g；A n a l y s i sa n dO p t i m i z a t i o n大连理工大学专业学位硕士学位论文独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：瑙日期：塑塾孽!驾痨f大连理T 大学专业学位硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名导师签名：一睾一珲巍蛙一戛一大连理工大学专业学位硕士学位论文1绪论1 1 选题的背景和意义1 1 1 选题的背景石油是全球的焦点。中国的石油开采和利用，是一项新兴而古老的事业。石油开采成为我国现代能源生产的重要组成部分是新中国成立以后的事情。1 9 4 9 年，全国原油产量只有2 0 万吨。1 9 6 0 年，我国集中人力物力开展了大庆石油勘探开发会战，用了3 年多时间基本探明了一个大油田，建成了年产6 0 0 万吨原油的生产规模。1 9 6 5 年，我国结束对进口石油的依赖，实现自给。1 9 7 8 年，我国进入世界主要产油大国的行列，年产原油突破I 亿吨大关。2 0 世纪9 0 年代初，我国提出了稳定东部、发展西部、开发海洋、开拓国际的石油战略和方针“】。经过百万石油人的拼搏努力，东部油田成功实现稳产，特别是大庆油田连续2 7 年原油产量超过5 0 0 0 万吨，创造了世界奇迹。进入2 1 世纪，我国经济持续快速发展，石油消费增长速度明显高于原油产量增长速度，供需缺口越来越大。1 9 9 3 年我国成为石油净进口国以后，2 0 0 3 年总的石油净进口量超过1 亿吨，2 0 0 6 年总的石油净进口量为1 7 亿吨，石油对外依存度达4 8 1。中国石油天然气股份有限公司是世界领先的集石油和天然气上下游业务于一体的大型综合性能源企业嘲。2 0 0 6 年，公司国内原油产量稳中有升，全年生产原油1 0 6 6 亿吨，再创历史新高。国外原油产量突破了5 0 0 0 万吨。石油开采具有高投入、高风险、高技术和高收益的特点。开采投入主要包括：矿产资源税、勘探成本、开发成本、生产成本、期间费用、特别收益金等。风险主要来自于勘探风险、油藏风险和市场风险。随着新发现油田的发现难度和开发难度的不断加大，石油开采对高新技术的依赖程度越来越大。石油是国家重要能源，也是重要的战略资源，同时也成了国际资本投资的大目标。近年来在原油价格持续走高的拉动下，石油开采企业保持着良好的发展态势。但是，东部油田受开采阶段固有矛盾的制约，仍然存在着一些急需解决的问题。主要表现在：(1)老油田后备资源严重不足，储采失衡，稳产难度大。(2)作为油田最重要固定资产的油井，由于长期开采过程中存在出沙和套管变形等因素，油井套管损坏现象严重，直接严重影响原油生产。(3)地面工艺和安装设备老化，存在较严重的与生产实际需求不相适应的情况。(4)油田开采技术难度大，所面临的多是世界级难题，技术储备不足。沈阳油田机械采油系统的分析与优化(5)油I t t 既是能源生产大户也是能源消耗大户，商品率低影响油田效益。单井产量下降，物价上涨使油井维修成本、措施成本和其它成本居高不下。(6)管理粗放。油田生产系统的复杂性和不完善性，用线性系统方法研究非线性问题，用可控系统理论研究不可控系统问题，把简单的、完善的系统工程方法应用到复杂的油气田开发系统中往往适用性差，这方面的研究也比较少。近几年，随着模糊规划和随机规划的发展，系统工程理论和方法有了长足的发展，特别是计算机及其网络系统的普及，为油田生产系统“定性定量相结合、人机相结合和多种方法的综合集成”，提供了完备的软硬件条件1 3 1。在目前的条件下，通过网络实现油田生产系统的整体优化是完全可行的。实施科技兴油战略，大力推进技术创新和管理创新，引入系统工程思想，更新生产和经营观念，发挥油藏潜力，提高油井产量，节能降耗，降低成本，保持油田产量稳定，促进石油行业的可持续发展，将对我国经济和社会的又好又快发展发挥重要作用。1 1 2 选题的目的和意义沈阳油田是中国石油天然气股份有限公司辽河油田分公司下属的一个原油生产单位1 4 1。1 9 8 6 年，油田作为国家“七五”重点建设项目投入全面开发建设。1 9 9 1 年，油田产量达到最高峰3 0 2 x l o t，实现，设计原油年产量3 0 0 x l o t 的目标，到2 0 0 6 年底油田已经累计生产原油4 2 3 5 1 0 4 t。油田现有油井1 7 4 5 口，年生产原油1 2 8 x i 0 4 t。经过二十多年的开发建设，沈阳油田进入了开发的中后期，油藏压力下降，油井含水上升，单井产量低，吨油成本高。为了减缓产量递减，油田开发方案和主体采油工艺经历了几次大的调整，油井全部采用机械举升方式开采。近几年来，采取各种先进技术对机械采油工艺系统进行了技术改造和升级，取得了一定效果。由于油田开发矛盾的日益突出，技术措施效果逐年变差。油井措施投入的加大增加了原油生产成本。要增加原油产量，降低生产成本，就要在关注个别油井措施的同时关注所有油井的生产状况。油田全部油井的状态决定了机械采油工艺系统的状态，工艺系统的状态决定了油田的原油产量和生产成本。沈阳油田机械采油工艺系统由一千多口油井单元组成，又由不同的部门和单位分别承担系统联系中的不同管理职能。要降低生产成本、增加原油产量，就要解决这个系统中对产量和成本影响最大的因素。应该说油田一直以来都是坚持这么做的。为什么效果越来越不明显了呢?原因是系统中直接影响产量和成本的突出问题都已经基本解决，而现在制约系统效率的问题更加复杂。这是由系统问题的特点决定的，也是由采油工艺问题的历史性和系统性决定的。油田开发中后期，机械采油工艺系统的效率和效果对原油产量和生产成本的影响变得越来越大。油田要生存和发展，简单说要靠稳定和增加原油大连理工大学专业学位硕士学位论文产量，根本上是要靠技术创新和管理创新。在一定技术水平的基础上，管理创新显得尤其重要，有效的管理对于完成目标是十分必要的。在技术创新的同时，必须大力推进管理创新。1 2 相关文献研究综述机械采油工艺本身具有系统性，是一个由相互作用、相互依赖的若干要素组合而成的具有特定目标的整体1 5 1。油田的开发历程决定了机械采油工艺问题的历史性，研究和解决优化问题可以改变目前对机械采油过程关注的视角，在少增加投入或不增加投入的情况下，提高或稳定油井产量，增加油田经济效益。国外油田单井产油量高，平均是国内的3 0 倍，石油生产过程研究的重点是钻井、完井和增产措施。对于采油过程的研究，国外与国内在研究重点上差异较大。机械采油工艺系统的优化问题国内外未见研究报告。相关技术问题斯仑贝谢公司有一个优化设计软件，但该软件核心内容是针对潜油电泵生产的。石油生产属于采矿领域，不同于一般工业生产。把生产组织过程作为外部环境，用系统工程的思想优化机械采油工艺研究成果的国内报道很少，相关文献主要是讨论具体技术问题的，实践中一般把系统性作为一个因素在生产运作时适当给予考虑。1 2 1 系统工程基本概念系统工程是从整体出发，合理开发、设计、实施和运用系统的工程技术，是系统科学中直接改造世界的工程技术。它用科学的方法组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用，规划和组织人力、物力、财力，通过最优途径的选择，使人们的工作在一定期限内获得经济合理和最有效的成果。近年来随着系统科学、数学科学的进一步发展，以及信息革命的进一步推进，各种新方法、新思想和新技术也层出不穷。这就为我国逐步将传统规划和传统管理转向现代规划和现代管理提供了有利的机遇。系统的定义很多，简单而概括地讲，系统是由相互依存、相互作用的若干元素构成并完成某一特定功能的统一体。从系统的组成角度来看，系统是由两个或两个以上相互联系的要素组成的、具有整体功能和综合行为的集合；从系统与系统环境的相互作用角度来看，系统是由系统输入、系统转换和系统输出组成的集合。我国系统科学界对系统的通用定义是：系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分(要素)结合而成的，具有特定功能的有机整体，而且这个整体又是它从属的更大的系统的组成部分。系统应当具备几个基本条件：整体性、关联性、功能性和环境适应性。贝尔实验室在2 0 世纪4 J D 年代，把对资源、需要、经济、技术等因素通盘考虑后，做出正确规划决策的方法称为系统工程。1 9 5 7 年，美国人谷德(H G o o d c)和麦克尔限沈旰l 油田机械采油系统的分析与优化M a c h 0 1)合著出版第一本以系统工程命名的专著标志着这门新兴学科的产生。特别是阿波罗登月计划的实施和成功，对系统工程的发展起了巨大的推动作用，引起人们对系统工程的广泛关注和注意，并被世界各地加以引进和推广。系统工程就是从整体观念出发，通盘筹划，合理安排整体中的每一个局部，以求得整体的最优规划、最优管理和最优控制，使每个局部都服从一个整体目标，使工作在一定期限内收到最合理和经济的成果。系统是相对外部环境而言的，它与外部环境的界限是模糊过渡的。外部环境向系统提供劳力、手段、资源、能量和信息，成为“输入”。系统以自身所具有的特定功能，将“输入”进行必要的转化处理，使之成为有用的产成品，供外部环境使用，称之为系统的“输出”。输入、处理、输出是系统的三要素。外部环境因资源有限、需求波动、技术进步等各种变化因素的影响，对系统加以约束和影响，成为“环境对系统的限制和干扰”。此外，输出的结果不一定符合理想，可能偏离预期目标，因此要将输出结果的信息返回给输入，以便调整和修正系统的应用研究活动，称为“反馈”。系统工程在机械采油工艺系统的一般模式如图1 1 所示：。-一一；：；环境!-图1 1 系统的一般模式F i g 1 1N o r m a lm o d eo f t h es y s t e m系统工程(S y s t e mE n g i n e e r i n g)|6】是系统科学的工程技术部分，就是寻求一般系统的开发设计、组织建立和运行管理最优化的工作程序的一门工程技术学科，它包括运筹学、系统分析、系统研究、费用效果分析和管理科学等学科中可用于工程实践的各种定量方法和定性定量集成方法。它是2 0 世纪5 0 年代才开始的新兴交叉学科。1 9 4 5 年，美国成立的兰德f g a n a)公司开始采用定性分析与定量分析相结合的系统分析方法研究若干军事问题，成为今天系统工程的摇篮。系统工程作为一门独立学科开始受到世界各国的普遍重视。系统工程是按照独特的系统的观点和方法来研究问题的。系统工程的基本观点是指导它的方法论，并且贯穿在方法论之中。系统工程的最基本观点可以归纳为：大连理工大学专业学位硕士学位论文(1)全局观点一切系统，是由子系统(或要素)结合而成的整体，其性能不只是各个子系统特性简单相加的总和。一个系统的各个子系统之间有着千丝万缕的联系，探讨某个子系统的问题，一定要同时研究其他子系统与对象的制约关系【7。因为被研究对象之外的子系统都是对象的环境，所以全局观点也等价于要把系统及其环境作为整体研究，不能割裂开来，不能把研究对象当作封闭的或孤立的系统处理。(2)层次观点一切系统都是按严格的层次组织起来的。换而言之，系统的空间结构有轻重主次之分，应当在不忽略次要成分的前提下，重点抓主要矛盾；系统的时间顺序包括系统的产生、收敛、退化或退出，应当看到系统的全过程，要从远处着眼，近处着手。(3)价值观点价值就是一套性能指标或价值标准。虽然在不同的历史发展阶段上可能有不同的价值观，但在系统工程中总是要权衡利弊，确定出经得起时问考验的价值标准，总是要首先考虑系统的整体社会价值。(4)策略观点策略意味着果断、灵活、节约、巧干、因时因地制宜、注重调查统计、开发信息资源、疏通信息渠道、加强控制环节、避开可能风险、协调关键因素和综合利用治理等，这些都是系统工程中常用的策略思想。在系统工程基本观点的指导下，系统工程形成了自己的方法论，即以系统整体优化为目标、计算机为手段；以运筹学、信息论、控制论、系统论为理论基础；以系统工程的阶段与步骤为基本方法；着重解决“瓶颈”环节，兼顾其他环节的方法论。1 2 2 矿业系统工程的发展矿业系统工程1 8】的形成，是以6 0 年代初期运筹学和电子计算机被广泛引入矿业领域为主要标志的。1 9 6 1 年在美国亚利桑那州图森城召开了第一届“国际电子计算机和运筹学在矿业中应用大会”(A P C O M)。近几十年来，系统科学、运筹学以及计算机技术得到了飞速发展。一门以处理矿业各种系统的规划、设计、运行与管理的工程技术矿业系统工程逐渐形成了。矿业系统工程是-I -J 技术。既然是技术，它就有鲜明的实用性，即运用已经认识与掌握的科学原理与规律性，使之成为有效开发矿藏的方法与手段。从这个意义上说，它与传统的技术工程相同。传统的采矿工程学主要是研究矿物开采的内在规律和相应的技术手段，也就是说是研究矿物开采的物质运动的“硬科学”，矿业系统工程则并不深究“物质实体”沈阳油田机械采油系统的分析与优化的固有特性和运动规律。矿业系统工程是把“矿业”看作是一个系统，它注重研究矿业系统的行为与功能，协调系统与子系统、系统与大系统的关系，处理各种矿业系统的组建、运行与管理问题。从这个意义上讲，它是矿业开发的“软科学”。矿业系统工程是离不开矿业技术工程的，它要以技术工程为依托背景，以采矿工程学为主要专业基础来研究矿业有关系统问题的【9 J。因此，研究矿业系统问题，必须首先要对所研究的对象系统的内涵和它内在的各种关系有清楚的认识和深刻的了解，这样才能提出问题、理解问题，最后应用系统工程理论和方法解决问题。1 2 3 石油开采系统工程的现状机械采油工艺系统是指在一个时间段内，由某一特定范围内所有采用机械采油方式的油井以及与之相关的抽油泵、油管、抽油杆、地面设备、作业服务、清蜡服务、管理、组织、资料信息、人员以及政策等若干相互制约的动态要素构成的具有特定功能的有机整体。油田通过机械采油工艺过程来实现生产过程和环节的合理衔接，实现油田的原油产量，为油田开发提供可靠数据，为企业取得理想的经济效益和社会效益。机械采油工艺系统的经营运作模式如图1 2 所示。大连理工人学专业学位硕士学位论文图1 2 机械采油工艺系统经营模式F i g 1 2M a n a g e m e n tm o d eo f l h em e c h a n i c a lr e c o v e r ye n g i n e e r i n gs y e t e m石油开采系统是一个多层次的大系统。我国由中国石油、中国石化、中国海洋石油以及其他石油开采企业共同组成了石油开采大系统。在这个大系统下，各个采油企业可视为一个子系统。同样，采油企业内部各个采油单位又是构成企业系统的子系统1 1 0 J。石油开采系统工程的应用研究，油田开发生产管理与规划都是以各种措施作为控制变量来实现经营者目标的优化问题。美国、前苏联和我国在这一方面都做了大量工作，比较具代表性的有：(1)休斯顿大学的J a m e sS M c f a k l a n d 与德克萨斯大学的L M 幻I IL a s d o n 等人I“1 建立了一个开发规划和问题优化控制模型，追求的目标是净现值最大，决策变量是各阶段的钻井数、采油速度和生产年限等，使用L a s d o n 等人所用的罚函数法求解优化模型。R K W a c k o w s k i 等人运用决策树分析方法研究C 0 2 与水交替注入问题I l“，追求的目标是规划期2 0 年内净现值最大，决策变量为c 0 2 段塞尺寸，水气比例，压缩能力规模，注入区的扩展速度和顺序等，使用油藏数值模型器进行各种方案结果预测。沈阳油田机械采油系统的分析与优化(3)前苏联阿塞拜疆科学院D j a n g i r A B a b a e v 等人建立了一个多层气田或油田的以单位产量费用最小为目标的优化分层钻井井数和各层之间钻井井数随时间变化的分式线性规划模型。(4)中国科学院与大庆油田合作，建立了一个油田开发规划优选的线性规划模型，追求的目标是整个规划期内各项稳产措施的投资及生产费用最小，约束条件较多，有产油量约束、措施工作量约束和电能增量约束等等。机械采油工艺系统是石油开采大系统中的一个分系统。由于它管理目标分散、技术因素多，国内外进行系统工程方面的研究比较少。根据系统的一般模式和机械采油工艺系统的特征，系统的转换模式如图1 3 所示：图1 3 机械采油工艺系统的模式F i g1 3T h em e c h a n i c a lr e c o v e r ye n g i n e e r i n gs y s t e mm o d e1 2 4 机械采油工艺系统的特点石油开采的一个重要环节就是利用各种方式，通过机械能转换成势能把油井中的原油举升到地面。一个油田每口油井的机械采油方式组成了油田的机械采油工艺，支持着油田的存在和发展。机械采油工艺随着油田的发展不断变化，各要素相互联系构成了机械采油工艺系统。机械采油工艺系统属于人造系统，具有一般系统所共有的特点：(1)耳的性。人造系统均具有确定的目标，而且往往油田的机械采油工艺系统有几个目标，因此是多目标的系统。系统的目标决定着系统的基本作用和功能。系统目标是依据系统存在的问题和解决问题的需要来确定的，因此，搞清系统存在的问题，对其有深刻的分析和清晰的理解是至关重要的。系统目标可以定性地表述，也可以定量地表述，但应当尽量定量化。系统目标通常由一系列系统本质特征和整体特性的指标体系来体大连理工大学专业学位硕七学位论文现。系统的目标有着层次的结构。在系统的总目标之下一般都有数个层次的分目标。各个层次的指标相互联系、相互制约，共同反映系统的整体特征。系统的分目标应当在总目标指导下确定，就是说系统的分目标集合必须保证总目标的实现。在一般情况下，系统的相互独立的分目标之间可能存在着矛盾。(2)集合性。系统的集合性说明系统至少由两个或两个以上的相互区别的要素所组成，一个要素构不成系统。(3)相关性。系统的组成要素是相互作用、相互依存又相互制约的，相关性则说明这些要素之间的关系。系统的相关性可能表现在系统要素的空间结构、排列顺序、时间序列、数量比例、相互作用、信息传递以及操作程序、管理方式等方面，这些关系构成了系统的相关关系集。(4)层次性。系统作为一个相互作用要素的总体，有着一定的层次结构。系统结构的层次性包括等级性和多侧面性两重含义。等级性是指任何一个复杂系统都可以从纵向上把它分解为若于等级，即存在着不同等级的系统层次关系。这种分解的基本标志是目标，不同的功能目标要求产生不同的等级子系统。低一级的子系统是高一级系统的有机组成部分。系统结构的多侧面性则是指任何同一级的复杂系统，又可以从横向上分为若干相互联系和相互制约、又各自相对独立的分系统。系统的层次性体现了系统目标逐级的具体化和系统要素及其相互关系，以及它们在系统结构中的位置和隶属关系。(5)整体性。整体性是从协调的侧面说明上述四个特征的，即具有独立功能的系统要素，以及要素间的相互关系和在阶层上的分布，只能根据逻辑统一性的要求而协调统一于系统的整体之中。这说明，系统作为有若干相互作用、相互联系的要素以一定方式有机地结合而形成具有一定结构和功能的统一整体【1 3 1。因此，它的本质特征就是有机的整体性。作为整体性主要表现为整体联系的统一性，即整体与要素之间、要素与要素之间、系统与环境之间联系的统一性。系统整体性表明，任何一个要素不能脱离整体去研究，离开了整体就失去了作为该整体的要素的品格，要素间的联系和作用以及层次分布也失去了意义。系统整体性还表明系统的整体功能不等于各要素功能的简单相加，即“整体不等于它的部分之总和”。对于要素内在联系紧密、组织化程度高的系统来说，一般是“整体大于它的部分之总和”，这就是著名的亚里士多德的哲学命题，也有人称之为系统整体性原理。这一原理成为人类在改造自然、改造社会的实践中应遵循的行动准则，从而也成为现代系统工程中系统设计与实施的整体化原则。(6)环境适应性。任何一个系统都存在于一定的物质环境之中，因此，它必然要与外部环境发生物质、能量和信息的交换，必须适应外部环境的变化。能够经常与外部环境保持最佳适应状态的系统是理想的系统，不能适应环境变化的系统是没有生命力的。沈阳油田机械采油系统的分析与优化(7)动态性。系统的整体联系是在运动中进行的，随着时间的推移而发生变化。机械采油工艺系统具有规模大、结构复杂、目标多等大系统所具有的特征。由于油井的特殊性又使其具有许多明显特点：(1)差异性。就如同世界上没有两块相同的石头一样，世界上没有相同的油田，也没有相同的油井。地质条件的差异和钻井的差异，使油井采用的开采技术、工艺与可能获得的效果及显现的规律都有很大的差异。这就增加了解决问题时要寻求一般规律和简单答案的难度。(2)继承性。对于一个油田一个时期的采油工艺都是从前一个时期继承下来的，具有明显的历史性。开发初期根据当时的具体条件，选择了某种开采方式。这个选择的结果将直接或间接地一直影响其后的许多选择。(3)政策性。一个油田的单井产油量差别几百倍，一般是产油量高的成本低，产油量低的成本高。油田的总产量是指令性的硬指标，这决定了一口油井不会仅仅因为产油量低而关井。因此，一方面是采油工艺的选择受到行业政策的限制。另一方面更显现了采油工艺系统优化的需求。(4)递减性。油田开发走完了高峰期，就将次序进入稳产期和递减期。受资源有限控制，从油田总产量上看，所有措施只能是减缓油田的产量递减。这种单调性递减增大了分析解决采油工艺问题的复杂性。(5)突变性。油井生产过程中，随时可能出现油层水淹、地层坍塌、油管和抽油杆断脱等不可确定的风险。1 3 本文主要研究内容油田作为石油生产单元，由于油品和油藏条件的不同，其采油技术方法也不尽相同。我国东部油田普遍进入开发中后期，采油方法以机械采油为主，面临的矛盾问题基本相似。沈阳油田油藏类型多、油品特殊，机械采油工艺具有一定的代表性。本文主要研究内容就是：(1)结合沈阳油田的生产实际首次以系统工程的观点分析机械采油工艺，整理油田生产经营历史数据，以油井潜力、原油产量和生产成本为主要目标量，归纳油层潜力状况、抽油泵使用情况、油管和抽油杆使用情况、抽油机等地面设备状况、井下作业情况、油井清蜡等服务情况以及相关的管理状况，建立以上要素之间的有机联系。(2)应用系统工程的思想和方法对机械采油工艺系统进行分析。在统计数据的基础上，忽略各个技术环节的技术特征，创造系统分析条件，分清主次因素，进行定性和定量分析，找到系统存在的主要问题和影响产量和成本的主要因素。大连理工大学专业学位硕士学位论文(3)对机械采油工艺的选择、设计、作