随着我国海上油田的开发逐渐进入中后期,为保证油田的高效开发,开展了一系列井网综合调整配套、层系重组及综合挖潜工艺技术等措施,海上油田开发生产过程中各生产子系统之间的矛盾也慢慢暴露出来,井筒举升系统是海上油田生产的核心组成,随着井网加密、层系重组等措施的实施,必然引起油井的主要生产指标:产量、压力及含水率等的变化,油井举升系统和油藏系统之间产生了矛盾,同时井筒举升系统产量还受到集输处理系统处理能力的约束,按照水上服从水下的基本原则,需要对举升系统进行优化,以实现油井举升系统与油藏流动系统的协调,在保证完成产量指标的前提下,达到生产运行成本最低,对于提高海上油田的开发水平和经济效益是至关重要的。本文针对海上油田开发调整过程中存在的矛盾,以海上油田井筒举升系统为研究对象,通过关键技术研究,建立了海上油田井筒举升系统多目标优化决策模型,综合考虑了经济、生产、能耗等指标,研制了潜油电泵井工况参数检测系统和海上平台海上平台智能优化实验装置,系统研究了海上油田井筒举升系统智能优化方法和一体化优化技术,以渤海某油田为目标油田对建立的模型及优化方法进行了验证。本文首先系统开展了海上油田井筒举升系统油井流入动态、井筒多相流、井筒温度场、井筒流体乳化修正、嘴流规律等海上油田井筒举升关键理论数学模型的研究,同时系统研究了海上油田井筒举升系统生产优化方法(智能无模型一体化优化、基于ANN数学模型的遗传算法优化),建立了多目标优化模型,为进行海上油田井筒举升系统工况分析及优化奠定了理论基础。针对海上油田井筒举升系统井下设备工况参数获取难度大的问题,本文建立了基于电参数获取电机转速、转矩的数学模型,研制了潜油电泵井工况参数检测系统,通过实例验证,该系统检测数据精度满足油田生产管理需求,能够真实地反映油井的实际工作状况,可以利用该系统检测数据进行海上油田井筒举升系统工况分析。为了解决理论模型的建模局限性,设计并制造了海上平台注采动态模拟装置,利用该装置结合海上油田的实际生产数据,以及根据数据检测得到的对应的产液量、流压、泵入口压力、泵出口压力、油压、回压以及物性参数、电泵参数,对油井产能预测模型、井筒管流模型、潜油电泵特性曲线模型、油嘴嘴流模型等进行了修正,同时完成了优化方法及优化方案的实验验证,表明本文建立的优化模型及研究的优化方法可用于海上油田井筒举升系统的工况优化。在理论及实验研究的基础上,本文以渤海某油田为目标油田,利用建立的工况分析方法,对其生产工况进行了分析,针对各油井油嘴均未达到临界流动,产生的较严重的井间干扰问题,采用一体化优化技术,应用多目标遗传算法(NSGA-2)分两个层次(油嘴调节、重新选泵优化)对目标油田进行了工况优化,取得了较好的优化结果,验证了本文建立的理论模型及优化方法的可靠性。本文的研究提出了一套完整的用于海上油田井筒举升系统工况分析及优化的方法,通过实现海上油田井筒举升系统整体优化协调生产,为海上油田生产系统能耗与效益的最佳组合奠定了基础,充分考虑海上油田生产的客观条件,充分利用现有资源,挖掘海上油田井筒举升系统的整体潜力,发挥系统优势,在最低能耗条件下,实现生产方式整体最优,达到效益最大化。