CN104499999B - 油气井排采的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井排采的控制方法及系统，所述方法包括下述步骤：10)预设控制周期和调整周期，并预设所述控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹；20)检测当前时刻井底压力的实际值；30)根据所述控制轨迹获取当前时刻井底压力的目标值；根据所述目标值和所述实际值获取排采泵的排采强度的输出值，并将排采泵的排采强度调整为该输出值；40)判断是否到达所述控制周期，若是，结束控制；若否，停顿一个所述调整周期，返回步骤20)。采用上述方法，能够避免调整井底压力时，井底压力发生突变，从而避免对储藏造成不可逆的伤害，影响产量。

Description

油气井排采的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及油气井开采技术领域，特别是涉及一种油气井排采的控制方法及系统。

背景技术

油气井的产量与多个因素有关，如资源量、渗透率、储藏压力等。某一时刻，油气井的产量可以用下述公式表达：

q＝W_cKK_r(P_r-P_wf)

式中：

q——产量；

W_c——井筒常数；

K——绝对渗透率；

K_r——相对渗透率；

P_r——储藏压力；

P_wf——井底压力。

其中，储藏压力P_r在一定时间范围内变化不大，可理解为常数。

由上述公式可以看出，油气井在某一时刻的产量主要取决于两个因素，一为渗透率，一为井底压力。显然，井底压力越低，产量越高，渗透率越高，产量越高。

油气井的排采实质上是通过不断降低井底压力的方式逐步提高产量。

排采过程中，控制系统周期性地调整排采泵的排采强度，以实现井底压力按照要求变化。其中，排采强度可以通过转速或其它等效指标来表征。

目前，控制系统调控井底压力的方法通常采用PID(proportion、integration、differentiation；比例、积分、微分)算法；具体地，排采人员每隔一定时间(根据实际需要可以为几天或者几周)，给控制系统设定井底压力的目标值，控制系统将以最快速度调整排采泵的排采强度，以使井底压力尽快达到目标值。其中，井底压力的变化可参考图1理解，图中虚线T′表示井底压力的目标值，实线P′表示井底压力的实际变化轨迹。

由于PID算法中，给定目标值在一个控制循环内必须为定值，且控制系统要求井底压力在尽量短的时间内达到目标值，从而造成调控初期，井底压力突变，呈台阶状变化，如图1中所示，随着时间的推移，逐步趋近于目标值。

而，井底压力的突变会对储藏造成不可逆的伤害，宏观表现为渗透率的不可逆降低，从而使产量大幅降低。

有鉴于此，如何避免排采过程中，井底压力的突变，减少对储藏的伤害，提高产量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种油气井排采的控制方法及系统，能够避免井底压力的突变，减少对储藏的伤害，提高产量。

为解决上述技术问题，本发明提供一种油气井排采的控制方法，包括下述步骤：

10)预设控制周期和调整周期，并预设所述控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹；

20)检测当前时刻井底压力的实际值；

30)根据所述控制轨迹获取当前时刻井底压力的目标值；根据所述目标值和所述实际值获取排采泵的排采强度的输出值，并将排采泵的排采强度调整为该输出值；

40)判断是否到达所述控制周期，若是，结束控制；若否，停顿一个所述调整周期，返回步骤20)。

该控制方法预设有控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹，控制周期内，每隔一个调整周期都依照该控制轨迹对井底压力进行控制计算，以调整排采泵的排采强度，也就是说，整个控制过程，井底压力都在可控范围内，可规避背景技术中出现的突变现象，从而避免对储藏造成不可逆的伤害，影响产量；其中，用户可根据实际需求人为设定所述控制轨迹，以针对不同的储藏对井底压力进行调节，灵活度高。

再者，由于井底压力可控，实际操作时，可以设置较长的控制周期，减少人工操作的频率。

最后，由于调控过程中，井底压力依照预设的控制轨迹来调节，也就是说，井底压力的实际变化无限趋近于预设的控制轨迹，即便井底流态发生变化，根据算法自身的收敛性可以给予补偿，不会对控制循环造成影响。

可选地，步骤10)后还包括步骤：

11)判断所述调整周期是否等于或大于所述控制周期，若是，将排采泵的排采强度调整为预定值，结束控制；若否，进入步骤20)。

可选地，步骤30)中，排采泵的排采强度的输出值由下述公式计算获得：

E(t_i)＝P(t_i)-T(t_i)；

ΔE(t_i)＝E(t_i)-E(t_i-1)；

其中：

X(t_i)——t_i时刻排采泵的排采强度的输出值；

P(t_i)——t_i时刻井底压力的实际值；

T(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值；

E(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

E(t_i-1)——t_i-1时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

C₁、C₂、C₃——系数。

可选地，所述控制轨迹为线性函数。

可选地，所述控制轨迹为二次函数。

本发明还提供一种油气井排采的控制系统，包括：

检测单元，用于获取当前时刻井底压力的实际值；

存储单元，用于存储预设的控制周期和调整周期，并存储预设的所述控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹；

计算单元，用于根据所述控制轨迹获取当前时刻井底压力的目标值，并根据所述目标值和所述实际值获取排采泵的排采强度的输出值；

控制单元，用于将所述排采泵的排采强度调整为所述输出值，并判断未达到控制周期时，所述计算单元停顿一个所述调整周期重新计算。

由于前述油气井排采的控制方法具有前述技术效果，与其对应的油气井排采的控制系统也具有相应的技术效果，这里不再赘述。

可选地，所述存储单元还用于存储排采泵的排采强度的预定值；

所述控制单元还判断所述调整周期等于或大于所述控制周期时，控制所述排采泵的排采强度为所述预定值，并结束控制。

可选地，所述计算单元中，排采泵的排采强度的输出值由下述公式计算获得：

E(t_i)＝P(t_i)-T(t_i)；

ΔE(t_i)＝E(t_i)-E(t_i-1)；

其中：

X(t_i)——t_i时刻排采泵的排采强度的输出值；

P(t_i)——t_i时刻井底压力的实际值；

T(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值；

E(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

E(t_i-1)——t_i-1时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

C₁、C₂、C₃——系数。

可选地，所述控制轨迹为线性函数。

可选地，所述控制轨迹为二次函数。

附图说明

图1为采用现有排采控制方法的井底压力的变化示意图；

图2为本发明所提供油气井排采的控制方法一种具体实施方式的流程框图；

图3为采用本发明所提供油气井排采的控制方法的井底压力的一种变化示意图；

图4为采用本发明所提供油气井排采的控制方法的井底压力的另一种变化示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种油气井排采的控制方法及系统，能够避免井底压力的突变，减少对储藏的伤害，提高产量。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

为便于理解和描述简洁，下文结合油气井排采的控制方法及系统说明，有益效果部分不再重复论述。

这里需要指出的是，在石油天然气行业，井底压力与液位之间存在相互计算关系，即通过井底压力值可以计算出液位值，通过液位值也可以计算出井底压力值，为描述方便，下文仅提及井底压力，应当将其理解为井底压力或与其等效的液位。

请参考图2，图2为本发明所提供油气井排采的控制方法一种具体实施方式的流程框图。

该实施例中，油气井排采的控制方法包括下述步骤：

S10、预设控制周期和调整周期，并预设所述控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹；

本实施例提供一种油气井排采的控制系统，该系统可设置存储单元，该存储单元用于存储预设的控制周期和调整周期，并存储预设的控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹。

其中，控制周期为一个控制循环，即排采人员设定井底压力的最终目标值后，控制系统开始调控井底压力，使其在控制周期结束时达到所设定的最终目标值。具体地，控制周期可以根据实际需求来人为设定。

调整周期为一个控制周期内，依据所述控制轨迹调控井底压力的间隔时间。

具体的方案中，调整周期小于控制周期，使得一个控制周期内有多个调整井底压力的控制点，更利于井底压力按照既定的控制轨迹趋近设定的目标值，从而达到最终目标值。

比如，实际设置，控制周期可设为12个小时，调整周期可设为1分钟，即每隔一分钟，就对井底压力进行控制修正。

排采人员可以根据实际需求来设定所述控制轨迹，如，可以将该控制轨迹设定为线性函数，如图3中所示，也可以将该控制轨迹设定为二次函数，如图4中所示；当然，还可以设定为其他函数。

设定好控制轨迹的函数类型后，其函数可以计算获取；具体地，控制周期的初始时刻，井底压力为实际值，控制周期的终止时刻，井底压力为设定的最终目标值，再结合函数类型，即可得到函数的计算公式。

S20、检测当前时刻井底压力的实际值；

所述系统还设置有检测单元，用于检测井底压力。

具体的方案中，检测单元可以为压力传感器，当然也可以设置为其他能够直接或间接测得井底压力的部件。需要指出的是，步骤S10中，在预设控制轨迹时，初始时刻，井底压力的实际值可以通过该检测单元获取，当然，也可通过其他检测部件获取。

以控制轨迹为线性函数为例，该线性函数的计算公式如下：

式中：

T(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值；

T_t——控制周期结束，井底压力的最终目标值；

P₀——控制周期初始，井底压力的实际值；

t——控制周期的时长。

S30、根据所述控制轨迹获取当前时刻井底压力的目标值；根据所述目标值和所述实际值获取排采泵的排采强度的输出值，并将排采泵的排采强度调整为该输出值；

所述系统还设置有计算单元，该计算单元可以根据预设的控制轨迹计算出当前时刻井底压力的目标值，再结合已获取的当前时刻井底压力的实际值，计算排采泵的排采强度的输出值。

所述系统还设置有控制单元，控制单元根据计算单元传递的信号，将排采泵的排采强度调整为所述输出值，从而使井底压力趋近于目标值。

具体的方案中，排采泵的排采强度的输出值可以通过下述公式计算得出：

E(t_i)＝P(t_i)-T(t_i)；

ΔE(t_i)＝E(t_i)-E(t_i-1)；

式中：

X(t_i)——t_i时刻排采泵的排采强度的输出值；

P(t_i)——t_i时刻井底压力的实际值；

T(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值；

E(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

E(t_i-1)——t_i-1时刻井底压力的目标值与实际值的差值。

C₁、C₂、C₃——系数。

其中，系数C₁、C₂、C₃可以通过试验，或仿真，或试验和仿真相结合的方式确定。具体地，根据排采泵的类型，获取系数的相应值。

例如，对于整筒泵而言，C₁＝0.3，C₂＝0.0006，C₃＝0.06；对于螺杆泵而言，C₁＝5，C₂＝0.01，C₃＝1；对于射流泵而言，C₁＝5，C₂＝0.01，C₃＝1；对于电潜泵而言，C₁＝6，C₂＝0.012，C₃＝1.2。

上述只是示例性地给出几种排采泵对于的系数值，实际中，根据试验条件等因素的不同，可以选取适当的系数值，并不局限于上述值。

需要指出的是，由于算法自身的收敛特性，试验表明，上述三个系数即使在500％范围内变化，也能够获得较好的控制效果。

该计算公式的核心为：在每个时间控制点，比对井底压力的目标值与实际值的差异，并根据累计差异计算排采泵排采强度的输出值，以此调整井底压力。

当然，实际设置时，也可根据其他方式获取排采泵排采强度的输出值；比如可以忽略前一时间控制点，所述目标值与所述实际值的差异，只考虑当前时间控制点，所述目标值与所述实际值的差异；或，也可以考虑之前所有时间控制点，所述目标值与所述实际值的差异。

S40、判断是否到达所述控制周期，若是，结束控制；若否，停顿一个所述调整周期，返回步骤S20。

每隔一个调整周期，所述系统就检测并计算相应时刻井底压力的目标值，以计算排采泵排采强度的输出值，从而调整排采泵的排采强度，直至控制周期结束，井底压力达到设定的最终目标值。

可参考图3或图4理解，图3示出了控制轨迹为线性函数时，井底压力的变化曲线，图4示出了控制轨迹为二次函数时，井底压力的变化曲线。

图中，实线P表示井底压力的实际控制轨迹，虚线T表示井底压力的目标控制轨迹。

从图中可以看出，控制周期内，井底压力的实际值逐渐趋近于目标值，最终井底压力的实际轨迹与控制轨迹重合，达到设定的最终目标值。

需要说明的是，排采泵的排采强度通常用转速来表征。

可以理解，调整周期越小，一个控制周期内，调整井底压力的控制点越多，从而，井底压力的实际变化轨迹更趋近于预设的控制轨迹，井底压力的控制精度更高。

应用时，可以根据实际需求合理设置调整周期。

该方法和系统，预设控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹，控制周期内，每隔一个调整周期都依照该控制轨迹对井底压力进行控制计算，以调整排采泵的排采强度，也就是说，整个控制过程，井底压力都在可控范围内，并逐步趋近于目标值，可规避背景技术中出现的突变现象，从而避免对储藏造成不可逆的伤害，影响产量；其中，用户可根据实际需求人为设定所述控制轨迹，以针对不同的储藏对井底压力进行调节，灵活度高。

由于井底压力可控，实际操作时，可以设置较长的控制周期，减少人工操作的频率。

由于调控过程中，井底压力依照预设的控制轨迹来调节，也就是说，井底压力的实际变化无限趋近于预设的控制轨迹，即便井底流态发生变化，根据算法自身的收敛性可以给予补偿，不会对控制循环造成影响。

可以理解，理论上，调整周期等于或大于控制周期也是可行的，但是，实际应用中应该避免该情况出现，因为如此设置，无法对井底压力进行有效调节和控制。只有所述调整周期小于所述控制周期时，在控制周期内，才能有多个调控井底压力的控制点，从而对井底压力进行有效调节和控制。

然而，实际设置时，有可能出现误操作，使得调整周期大于或等于控制周期，从而无法对井底压力进行有效控制。鉴于此，在上述方案的基础上，在步骤S10后进一步还包括步骤：

S11、判断所述调整周期是否等于或大于所述控制周期，若是，将排采泵的排采强度调整为预定值，结束控制；若否，进入步骤S20。

相应地，所述系统的存储单元还用于存储排采泵的排采强度的预定值，其控制单元还判断所述调整周期等于或大于所述控制周期时，控制所述排采泵的排采强度为所述预定值，并结束控制。

实际应用时，调整周期等于大于控制周期，结束控制后，可重新预设调整周期，再次进入控制循环，至井底压力调整至最终目标值。

其中，所述预定值可以根据实际需要来设定。

以上对本发明所提供的油气井排采的控制方法及系统均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.油气井排采的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

10)预设控制周期和调整周期，并预设所述控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹；

20)检测当前时刻井底压力的实际值；

30)根据所述控制轨迹获取当前时刻井底压力的目标值；根据所述目标值和所述实际值获取排采泵的排采强度的输出值，并将排采泵的排采强度调整为该输出值；

40)判断是否到达所述控制周期，若是，结束控制；若否，停顿一个所述调整周期，返回步骤20)。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤10)后还包括步骤：

11)判断所述调整周期是否等于或大于所述控制周期，若是，将排采泵的排采强度调整为预定值，结束控制；若否，进入步骤20)。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，步骤30)中，排采泵的排采强度的输出值由下述公式计算获得：

$X\left(t_i\right)=C_{1}E\left(t_i\right)+C_2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}E\left(t_i\right)+C_3\frac{\mathrm{\ΔE}\left(t_i\right)}{t_i-t_{i-1}};$

E(t_i)＝P(t_i)-T(t_i)；

ΔE(t_i)＝E(t_i)-E(t_i-1)；

其中：

X(t_i)——t_i时刻排采泵的排采强度的输出值；

P(t_i)——t_i时刻井底压力的实际值；

T(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值；

E(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

E(t_i-1)——t_i-1时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

C₁、C₂、C₃——系数。

4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述控制轨迹为线性函数。

5.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述控制轨迹为二次函数。

6.油气井排采的控制系统，其特征在于，包括：

检测单元，用于获取当前时刻井底压力的实际值；

存储单元，用于存储预设的控制周期和调整周期，并存储预设的所述控制周期内井底压力随时间变化的控制轨迹；

计算单元，用于根据所述控制轨迹获取当前时刻井底压力的目标值，并根据所述目标值和所述实际值获取排采泵的排采强度的输出值；

控制单元，用于将所述排采泵的排采强度调整为所述输出值，并判断未达到控制周期时，所述计算单元停顿一个所述调整周期重新计算。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述存储单元还用于存储排采泵的排采强度的预定值；

所述控制单元还判断所述调整周期等于或大于所述控制周期时，控制所述排采泵的排采强度为所述预定值，并结束控制。

8.根据权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述计算单元中，排采泵的排采强度的输出值由下述公式计算获得：

$X\left(t_i\right)=C_{1}E\left(t_i\right)+C_2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}E\left(t_i\right)+C_3\frac{\mathrm{\ΔE}\left(t_i\right)}{t_i-t_{i-1}};$

E(t_i)＝P(t_i)-T(t_i)；

ΔE(t_i)＝E(t_i)-E(t_i-1)；

其中：

X(t_i)——t_i时刻排采泵的排采强度的输出值；

P(t_i)——t_i时刻井底压力的实际值；

T(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值；

E(t_i)——t_i时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

E(t_i-1)——t_i-1时刻井底压力的目标值与实际值的差值；

C₁、C₂、C₃——系数。

9.根据权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述控制轨迹为线性函数。

10.根据权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述控制轨迹为二次函数。