抽油机井节能技术分析系统研究

充分利用scada系统收集实时抽油机井电参数等数据,实现单井生产边云协作、智能分权、扁平化综合应用,人工智能功图识别技术在数字功图的基础上,寻找特征点根据特征数据,结合油井动静态数据进行综合诊断分析。     

抽油机井系统效率评价图

国内外许多学者对抽油机井系统效率做了大量的研究工作,对各种影响因素进行了分析和探讨,提出了抽油机井系统效率的计算方法和提高抽油机井系统效率的各种途径。但对众多的抽油机井系统效率进行综合评价还没有成熟的方法。本文提出并绘制了“抽油机井系统效率评价图”,用它对抽油机井系统效率进行评价。该图直观、使用方便,是一种科学的管理方法。     

抽油机井系统效率评价与优化技术

系统效率是评价抽油机井系统能耗状况的重要参数。为了评价油井极限系统效率与目前水平的差异,探索系统效率潜力状况,提高抽油机井系统效率,通过综合考虑油井产出液物性、供液能力、系统设备及参数组合,提出了利用系统效率潜力评价与以参数敏感性分析为基础的仿真优化设计技术相结合,筛选潜力井并制定油井优化设计方案、付诸现场实施的应用模式。该技术在华北油田进行了2 616口井的现场应用,通过对油井进行系统效率潜力分析确定优化对象、再进行参数敏感性分析确定优化方向、进行优化设计,现场实施后取得了较好效果。     

基于地面功图的功图算产模型建立与应用

华北油田拥有抽油机井5000余口,目前的管理模式存在2方面的问题：一是对于已安装智慧油田组件的抽油机井,在数据远程传输通道中断的情况下,功图计量分析系统无法对抽油机井产量进行实时计量;二是对于无网络覆盖的边远抽油机井,目前无法实现远程数字化管控。为此,展开了基于智能终端设备的功图计量分析系统研究,旨在利用智能终端设备的便捷性和可移动性,有效解决以上2方面问题。考虑到智能终端设备硬件存储及运算能力的限制,创新性地提出采用地面功图载荷线法确定有效泵冲程的新思路,建立了一种基于地面功图的功图算产模型,该模型运算简单、精度较高,且易于编程实现,在现场具有较高的应用价值。在华北油田某工区随机选取了8口抽油机井,利用上述模型对其产量进行了计算,计算结果表明,计算产量与真实产量的平均相对误差仅为5.1%,小于10%的行业标准,满足工程应用要求。     

抽油机井声测试与井下诊断

抽油机井工况诊断通常是以示功图为基础,但有不少情况往往会出现误差,石油天然气总公司勘探开发研究院研制的声测技术和声测仪对抽油机井的各种工况能进行比较准确的判断,经1000多口井的测试证明,将测声和测力两项技术结合应用,不但能扩大对油井工况的识别范围,又可大大提高识别的准确性。最新的声测仪已能对抽油机井的9种主要工况进行自动识别,并已能扩大到对其它机械采油井的工况测试。     

绘制抽油机井工况管理图的新方法

在传统的抽油机井工况管理图的基础上,通过泵效修正系数对理论泵效进行修正,利用饱和压力对工况管理图中的压力进行无因次化处理,将油藏条件和流体物性的影响体现在工况管理图中,从而对不同类型油藏条件下的油井工况进行统一评价,评价结果能够较为准确地反映出区块抽油机井的真实管理水平。     

基于功图电参的抽油机井关键指标在线计算分析及应用

近年来,随着新疆油田物联网的建设,数字化、信息化、智能化建设所积累的实践和经验,为抽油机井关键指标在线计算分析及应用奠定了良好基础。油井管理者只有全面及时地了解抽油机井的工况,才能制定合理的措施,保障抽油机井生产运行过程监控、状态预警和工艺优化,实现采油现场与管控中心的双向互动。本文依托新疆油田物联网的数据采集技术,根据抽油机井功图、电参等参数,通过数据治理分析后,实时计算油井泵效、系统效率、平衡度、能耗等关键指标,形成抽油机井指标计算模型并在新疆油田采油工程综合管理系统深度应用,为采油工艺运行管理及节能降耗提供实时数据分析和优化方案。     

基于Android平台的功图计量分析系统开发与应用

抽油机井目前的管理模式存在两方面的问题:对于已安装智慧油田组件的抽油机井,工作人员在井场无法获得服务器端的数据分析处理结果;对于无网络覆盖的边远抽油机井,无法实现远程数字化管控。研发了基于Android系统的功图计量结果移动查询与分析系统和井场数据采集与分析系统,不仅实现了移动终端对作业区服务器处理结果的安全访问,而且实现了移动终端在井场的数据自主采集与分析处理。现场应用表明:提升了工作效率,缩减了抽油机井管理成本,并且井场数据采集的功图计量产量平均相对误差仅为5.1%,低于行业标准,满足了工业应用要求。     

文留油田抽油机井系统效率影响因素研究

抽油机井系统效率是标明整个抽油系统工况的重要参数，对抽油机井系统效率影响因素进行研究对提高抽油机井效率具有重要的现实意义。采用行业标准对抽油井系统效率进行了测试及计算。测试表明，文留油田抽油机井平均系统效率仅11.61%，地面效率高于井下效率，分别为38.5%，30.2%，并对各节点效率及影响因素进行了分析，指出了提高文留油田抽油机井系统效率的主要工作方向。     

利用大数据创建抽油机井系统效率评价模板

系统效率是反映油井能耗利用率的综合指标,提升系统效率可实现节能减排、降低开发成本。文章利用"生产指挥系统"提供的每口抽油机井系统效率数据,参照有关标准对系统效率划分为四个区域,并根据统计分析和计算对单井耗电量划分为三个区域,完成了系统效率评价模板的设计。对资料不准区、低效区两个需要重点治理的区域,分析了系统效率影响因素,提出了治理提升措施。通过抽油机井系统效率评价模板应用,见到明显的实际效果。按照评价模板可进行单井分析和分类治理,创新了一种抽油机井效能管理手段,填补了抽油机井效能管理的空白,为实现绿色生产、节能减排、建设环境友好型企业的目的奠定了基础。     

利用抽油机井实测功率曲线预测示功图

本文提出了利用抽油井实测功率曲线计算示功图的方法,并将其应用于实际。实例计算表明,预测示功图与实测示功图基本相符,可以用于分析抽油机井的工作状况。     

提高抽油机井系统效率的计算机仿真分析

应用系统动态参数的计算机仿真方法,对抽油机井悬点示功图、曲柄轴扭矩、电动机输入功率、排量系数、有效功率等动态参数的仿真计算方法进行了改进,建立了系统效率仿真分析的数学模型.根据油井产能协调关系,建立了油井抽汲参数调整后的系统效率仿真模型,开发了抽油机井系统效率仿真分析的计算机软件.通过大量仿真计算,总结出了一套提高抽油机井系统效率的有效途径.     

抽油机井地面示功图量油技术研究

以抽油机井地面示功图为研究对象,修正了抽油机井杆液运动学模型,消除了地面示功图中包含的杆柱变形、杆柱黏滞阻尼以及杆柱和液柱的振动和惯性等因素的影响,从而获得能够反映抽油泵工作状况的泵示功图;再结合油井工况自动诊断技术,建立了泵示功图曲线上各点曲率计算模型和阀开闭点模型,提出了一套柱塞有效冲程的计算方法,实现了油井产液量的计算;对胜利油田和江苏油田的90口不同工况的油井进行了计算分析,预测产量与实际产量平均相对误差为7.25%,验证了示功图量油的可行性,满足了抽油机井产量计量的精度要求。     

抽油机电液伺服加载系统及其试验

抽油机电液伺服加载系统由液压系统和电控系统两部分组成。控制信号电压Ｕｉ与力传感器反馈信号电压Ｕｆ比较后，其信号电压差ΔＵ经伺服放大器放大变为信号电流Δｉ，驱动电液伺服阀，输出流量为ＱＬ的压力液，推动液压缸输出加载力ＦＬ，实现加载。在分析和研究加载系统控制模型的频域特性的基础上，定量地给出了加载系统的动态响应指标。加载试验表明：输入各种不同的示功留曲线，加载系统动态响应快，能准确地再现抽油杆振动载荷，误差小于０．８％，输入与输出曲线基本吻合，工作稳定可靠。     

油水井无线监控器

HAM-RTU100油水井无线监控器是一种应用于抽油机、螺杆泵井、水井的无线数据监控以及抽油机的示功图无线测试装置。中国石油华北油田公司采油工艺研究院通过该课题的研发,解决了抽油机井示功图无法在线实时监测的问题,形成了高度集成化的专业测试仪器。仪器中应用了太阳能、仪表、测试、通讯、机械、微电子等多种技术和方法,获得多项国家专利。该仪器为油水井的测试提供了先进的手段,为数字化油井提供最先进的工具。     

定向井有杆抽油系统抽汲参数的优化设计和仿真模型

综合分析了复杂结构定向井井眼轨迹、杆管间摩擦力、抽油机悬点运动规律、抽油泵气体影响或供液不足的井下实际边界条件对抽油杆柱轴向振动的影响,建立了定向井抽油杆柱轴向振动仿真模型,利用该模型实现了悬点与泵示功图的自动快速仿真。根据仿真示功图,建立了定向井有杆抽油系统效率的仿真模型。系统分析了定向井井眼轨道对杆管摩擦力、摩擦功率及系统效率的影响。综合考虑油井产能协调、油井配产、抽油机承载能力、抽油杆柱强度与电动机功率利用率等约束条件,以系统效率最高为目标函数,提出了定向井抽汲参数优化设计的计算机仿真方法,开发了定向井有杆抽油系统抽汲参数优化设计的计算机软件。现场试验结果表明,该软件系统具有较高的仿真精度。     

自适应神经网络示功图识别

井下示功图的自动识别是建造有杆抽油工况诊断专家系统的一个技术关键。由于现场难以系统地收集齐全的示功图，因而给示功图识别器的构造带来较大的困难。本文基于自适应谐振理论，提出一种基于竞争学习和自稳机制的自组织神经网络示功图识别模型。该模型较之于前馈示功图网络模型，解决了以往示功图神经网络识别模型需完备训练集（各种类型及其同类型中各种形状的示功图）及学习效率非常缓慢的问题。在有杆抽油示功图基础学习上，通过无监督学习算法，神经网络还能适用于不同油田区域的示功图自动识别工作。     

载荷位移法在功图量油技术中的应用

目前示功图量油技术主要采用有效冲程法计算产量,结蜡和气体等因素都会对计算值产生影响,存在较大的误差。载荷位移法是根据地面示功图中特定载荷对应的位移计算出泵效,然后进行油井产量计算。以流量计法为标准,对研究区内的油井用2种方法进行对比分析,载荷位移法受结蜡和气体等因素影响较小,它的计算值大多在流量计法和有效冲程法之间。综合其他计产方法及沉没度资料,确定泵效修正系数,载荷位移法都能把计算值控制在合理范围内。气体存在可以引起流量计法测量值的增加,却会降低有效冲程法的计算值。结蜡常与严重供液不足、气体影响和固定阀漏失等因素综合在一起。一方面,结蜡增加示功图载荷的变化幅度,可以增加有效冲程法的计算值。另一方面,结蜡井容易造成原油脱气,形成气体影响示功图,降低有效冲程法的计算值。     

低产抽油机井动态参数仿真模型与提高系统效率的途径

综合考虑柱塞运动规律、阀球运动规律、阀隙瞬时流量与油井流入特性等因素的影响,建立了流体进泵规律与泵筒内瞬时压力的仿真模型,以此为依据改进了抽油杆柱纵向振动底部边界条件的仿真模型,进而建立了基于抽油杆柱纵向振动与流体进泵规律耦合的抽油机井示功图动态仿真模型;基于流体瞬时进泵规律,建立了抽油泵充满系数、漏失系数的仿真模型,从而改进了排量系数计算模型。对比仿真结果表明,所建立的系统动态参数仿真模型具有通用性,可以提高低沉没度供液不足油井示功图、排量系数与系统动态参数的仿真精度。仿真优化算例表明：①大泵径、长冲程与低冲数的抽汲参数设计原则仍然适用于低产抽油机井的节能设计,但最低冲数存在界线,同时最低冲数界限也限制了泵径上限;最低冲数界限随泵间隙的增加而增加;②对于严重供液不足油井,通过合理降低冲程与冲数,可以确保在油井产液量下降率低于5%的条件下,使系统效率最高提高近120%;③在油井产液量一定、下泵深度相同的条件下,优化冲程、冲数与泵径组合可以显著提高系统效率,仿真算例的系统效率变化范围为9.43%~17.48%;④在油井产液量与流压一定条件下,综合优化下泵深度、冲程、冲数与泵径可以显著提高系统效率,优化算例的系统效率由10.56%提高到31.49%。     

基于Hessian正则化支持向量机的多视角协同识别抽油机井工况方法

为了更好地了解抽油机井工作状况以提高抽油机井生产工况识别率,目前在抽油机井采油生产过程中采集了大量数据。传统的工况识别方法,主要是利用示功图或电参数单独进行训练建立学习模型,参数之间缺乏关联,影响了识别效果;此外,常用的传统识别方法,如基于支持向量机（SVM）学习的方法,需要对所有的采集样本进行类别标注,耗费大量的人力和物力,影响了工程应用。针对大数据下抽油机井生产特点,为实现在仅有少量已标注工况数据下能同时利用大量未知工况数据信息,且有效利用示功图和电参数两种测量参数,进一步提高抽油机井工况识别的精准率和实用性,提出一种基于Hessian正则化支持向量机（Hessian正则化SVM）的多视角协同识别抽油机井工况方法。通过分析目前工况识别研究中存在的局限性,结合先验知识和专家经验,选择实测地面示功图和实测电功率信号作为特征视角并进行特征提取,然后利用Hessian正则化SVM多视角协同训练算法建立抽油机井工况识别模型并进行分类识别。应用该方法对胜利油田X区块60口抽油机井的11种典型工况进行识别。以SVM方法为基准,该方法识别效果比基于实测地面示功图、实测电功率及传统特征连接多源识别方法分别提高了约3.2%、4.3%和7.4%,而在少量工况样本下该方法识别效果更优,从而验证了该方法的有效性。