CN107305601A - 一种抽油机井系统效率因素分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抽油机井系统效率因素分析方法，包括：确定影响因素；通过计算影响因素的关联度和权重系数，确定影响因素相对于抽油机井系统效率的关联序；确定抽油机井的评价指标，并定义评价指标的比较基准；计算每个影响因素对应评价指标的隶属度；通过比较隶属度与对应的比较基准，确定对应的影响因素与抽油机井系统效率的关系。本发明确定具体的影响因素与抽油机井系统效率的关系，即可以分析具体参数对抽油机井系统效率的影响；本发明建立了影响抽油机井系统的影响因素的量化评价指标体系，从而可以指导现场进行油井的调参和优化，最终使得抽油系统高效作业。

Description

一种抽油机井系统效率因素分析方法

技术领域

本发明涉及石油开采领域，特别涉及一种抽油机井系统效率因素分析方法。

背景技术

提高抽油机井系统效率的技术，可以从设备参数、工作制度和管理因素3个方面22个参数建立抽油机井参数敏感性分析模型，通过系统仿真优化设计方法，根据参数敏感性分析的结果进行不同设备参数组合的优化设计，提高抽油机井系统效率。

目前，该系统仿真优化设计方法可以预测设计结果的系统效率，但对于系统分析和优化设计缺乏明确的量化依据，无法分析抽油系统参数组合中具体参数对抽油机井系统效率的影响。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有系统仿真优化设计方法无法分析具体参数对抽油机井系统效率的影响。

发明内容

为了解决现有技术无法分析具体参数对抽油机井系统效率的影响的问题，本发明实施例提供了一种抽油机井系统效率因素分析方法。所述技术方案如下：

一种抽油机井系统效率因素分析方法，所述分析方法具体包括：

步骤1，确定影响因素；

步骤2，通过计算影响因素的关联度和权重系数，确定所述影响因素相对于抽油机井系统效率的关联序；

步骤3，确定抽油机井的评价指标，并定义所述评价指标的比较基准；

步骤4，计算每个影响因素对应所述评价指标的隶属度；

步骤5，通过比较所述隶属度与对应的所述比较基准，确定对应的所述影响因素与抽油机井系统效率的关系。

作为优选，所述影响因素包括：电机负载率、抽油机平衡率、井口回压、套压、沉没度、冲程、冲次、泵径、井眼轨迹曲率最大值和油管直径。

具体地，所述步骤2具体包括：

步骤21，确定每个影响因素的参数序列，母序列为系统效率时间序列{X₀(k)}，子序列为影响因素时间序列{X_i(k)}；

其中：k＝1，2，...，N；i＝1，2，...，M；k为时间序列长度，i为影响因素个数，N与M均为整数；

步骤22，利用极大值法对每个影响因素的数据进行无量纲处理，公式为

其中：k＝1，2，...，N；i＝1，2，...，M；k为时间序列长度，i为影响因素个数，N与M均为整数；

步骤23，计算每个影响因素的关联系数，公式为

其中：Δ_0t(k)＝|y₀(k)-y_t(k)|，Δ_min、Δ_max为各个时刻绝对值差的最小值与最大值，ρ为分辨系数(0，1)；

步骤24，计算每个影响因素的关联度，公式为

步骤25，计算每个影响因素的权重系数，公式为

步骤26，将所述影响因素的关联度和权重系数进行归一化处理，根据处理结果确定所述影响因素相对于抽油机井系统效率的关联序。

具体地，所述步骤3中，所述评价指标包括电机负载率、传动部分能损率、抽油机平衡率、抽油杆能损率、抽油泵排量系数和抽汲参数匹配数。

作为优选，所述步骤3中，所述评价指标的比较基准分为第一等级、第二等级、第三等级和第四等级，对应的隶属度范围分别是0.75-1.0、0.5-0.75、0.25-0.5、0.0-0.25。

作为优选，所述步骤4中，通过应用模糊隶属函数标准化方法，计算每个影响因素对应的所述评价指标的隶属度。

作为优选，所述模糊隶属函数标准化方法中，所述评价指标的隶属度的计算公式包括：

a.越大越优型

b.越小越优型

c.适中型

其中，OFM_ij表示第i因素的第j个评价指标的隶属度，OF_ij表示第i因素的第j个评价指标的计量值，OF_ijmax表示第i因素的第j个评价指标的最大可能值，OF_ijmin表示第i因素的第j个评价指标的最小可能值，OF_be表示第i因素的第j个评价指标的最优值。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明通过计算影响因素的关联度和权重系数，确定影响因素对系统效率的影响程度并进行排序，然后确定抽油机井的评价指标，并定义比较基准，通过比较影响因素的隶属度与对应的比较基准，从而确定具体的影响因素与抽油机井系统效率的关系，即可以分析具体参数对抽油机井系统效率的影响；本发明建立了影响抽油机井系统的影响因素的量化评价指标体系，从而可以指导现场进行油井的调参和优化，最终使得抽油系统高效作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的抽油机井系统效率因素分析方法的流程示意图；

图2是本发明又一实施例提供的油井系统效率随时间变化曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种抽油机井系统效率因素分析方法，所述分析方法具体包括：

步骤1，确定影响因素；

步骤2，通过计算影响因素的关联度和权重系数，确定所述影响因素相对于抽油机井系统效率的关联序；

步骤3，确定抽油机井的评价指标，并定义所述评价指标的比较基准；

步骤4，计算每个影响因素对应所述评价指标的隶属度；

步骤5，通过比较所述隶属度与对应的所述比较基准，确定对应的所述影响因素与抽油机井系统效率的关系。

本发明通过计算影响因素的关联度和权重系数，确定影响因素对系统效率的影响程度并进行排序，然后确定抽油机井的评价指标，并定义比较基准，通过比较影响因素的隶属度与对应的比较基准，从而确定具体的影响因素与抽油机井系统效率的关系，即可以通过分析影响因素的隶属度与对应的比较基准相差大小程度，分析具体参数对抽油机井系统效率的影响大小；本发明建立了影响抽油机井系统的影响因素的量化评价指标体系，从而可以指导现场进行油井的调参和优化，最终使得抽油系统高效作业。

作为优选，所述影响因素包括：电机负载率、抽油机平衡率、井口回压、套压、沉没度、冲程、冲次、泵径、井眼轨迹曲率最大值和油管直径。

具体地，所述步骤2具体包括：

步骤21，确定每个影响因素的参数序列，母序列为系统效率时间序列{X₀(k)}，子序列为影响因素时间序列{X_i(k)}；

其中：k＝1，2，...，N；i＝1，2，...，M；k为时间序列长度，i为影响因素个数，N与M均为整数；

步骤22，利用极大值法对每个影响因素的数据进行无量纲处理，公式为

其中：k＝1，2，...，N；i＝1，2，...，M；k为时间序列长度，i为影响因素个数，N与 M均为整数；

步骤23，计算每个影响因素的关联系数，公式为

其中：Δ_0t(k)＝|y₀(k)-y_t(k)|，Δ_min、Δ_max为各个时刻绝对值差的最小值与最大值，ρ为分辨系数(0，1)；

步骤24，计算每个影响因素的关联度，公式为

步骤25，计算每个影响因素的权重系数，公式为

步骤26，将所述影响因素的关联度和权重系数进行归一化处理，根据处理结果确定所述影响因素相对于抽油机井系统效率的关联序。即把以上10个影响因素的关联度和权重系数进行排序，影响大则序号靠前。

具体地，本发明实施例中，所述步骤3中，所述评价指标选择包括电机负载率、传动部分能损率、抽油机平衡率、抽油杆能损率、抽油泵排量系数和抽汲参数匹配数6个评价指标。

其中，本发明实施例中，建立如下的抽油机井客观存在的评价指标集：

电机负载率：是一个适中型指标，并不是越大越好或者越小越好，而且在评价时也应该考虑不同光杆功率应对照不同的电机负载标准。

传动部分能损率：它是衡量抽油机地面装置传动部分能源损失的指标，其值为越小越优型。

抽油机平衡率：它是衡量抽油机在不同冲程过程中的运动平衡程度的指标，是一个适中型指标，适中值为1。

抽油杆能损率：它是衡量抽油杆在系统效率中的能耗程度的指标。其值越小越优。

抽油泵排量系数：它是衡量泵的有效利用程度指标，其值是越大越优。

抽汲参数匹配数：冲程×有效扬程/冲次，它是衡量抽油机井抽汲参数的匹配程度。其值为越大越优。

作为优选，所述步骤3中，所述评价指标的比较基准分为第一等级、第二等级、第三等级和第四等级，对应的隶属度范围分别是0.75-1.0、0.5-0.75、0.25-0.5、0.0-0.25。

作为优选，所述步骤4中，通过应用模糊隶属函数标准化方法，计算每个影响因素对应的所述评价指标的隶属度。

作为优选，所述模糊隶属函数标准化方法中，所述评价指标的隶属度的计算公式包括：

a.越大越优型

b.越小越优型

c.适中型

其中，OFM_ij表示第i因素的第j个评价指标的隶属度，OF_ij表示第i因素的第j个评价指标的计量值，OF_ijmax表示第i因素的第j个评价指标的最大可能值，OF_ijmin表示第i因素的第j个评价指标的最小可能值，OF_be表示第i因素的第j个评价指标的最优值。

其中，评价指标的比较基准的级别分为第一等级、第二等级、第三等级和第四等级，分别为好、较好、一般、差，具体如下表：

表1单因素分析指标级别

而具体计算时，单因素分析评价指标的评价标准(最大最小值通过人为规定，可修改)，具体如下表：

表2单因素分析评价指标的评价标准

选出抽油机井系统能量损失较大的部分，对其进行分析调整。最终通过以上结果即可确定影响抽油机井使用寿命的主要影响因素。建立抽油机井系统能量损耗关键指标，对当前工况条件下的系统损耗进行分析，并预测不同生产阶段的地面效率、井下效率、系统效率等工况指标，获取机、杆、泵、管单设备的使用寿命。

影响因素集为{电机负载率(％)、抽油机平衡率(％)、井口回压(Mpa)、套压(Mpa)、沉没度(m)、冲程(m)、冲次(min^-1)、泵径(mm)、日产液(m³)}，分别对检泵周期内的系统效率影响因素进行分析和实时系统效率影响因素分析。在考虑公式计算系统效率的同时，建立了定性与定量相结合的抽油机井系统效率影响因素分析体系，实现了单个影响因素的评估与对比，由此可直接发现抽油机井系统效率低是由哪个部分引起的。

针对抽油机井举升系统的各个环节对系统效率的影响，应用“灰色关联分析”方法建立了影响因素集。应用模糊隶属函数标准化方法把评价指标进行归一化，建立了建立系统效率相关指标评价标准，并对各个评价指标进行评价，分析一个检泵周期内系统效率影响因素，并对分析结果进行量化排序，从而获得影响系统效率的关键因素及影响程度，对整个抽油系统的使用寿命进行预警。并对设备效率做出预警，并为下一步的系统优化提供设计依据。

具体的，本发明实施例中，某油田某油井的基础参数如下：

表3油井基本参数表

表4杆柱组合

表5机泵系统参数

通过实时采集数据，对该油井进行实时效率分析。绘制该油井单项效率指标随时间变化曲线，其中系统效率随时间变化曲线如图2所示。阴影部分为系统效率合理区间，超出则报警。该油井系统效率随时间变化的部分数据如表6所示。

表6该油井系统效率部分数据

系统效率影响因素实时分析：利用该油井效率实时计算数据，建立抽油机井系统效率影响因素评价指标集{电机负载率％，传动部件能损率％，抽油机平衡率％，抽油杆能损率％，抽油泵排量系数％，抽汲参数匹配数}，自定义各个评价指标评价标准，对影响因素进行实时分析，确定抽油机井系统效率低是由哪个部分造成的。该油井某时刻的分析结果如表7所示。

表7该油井系统效率影响因素实时分析结果

由各个评价指标的优劣度可以看出，该油井的电机和抽油机的工作状态较好，抽油杆的能损需要进一步降低，而引起抽油机系统效率低的主要原因是传动部件能损率高和抽油泵泵效低且抽油泵抽汲参数不匹配。建议该井对地面设备进行维护，减少传动损失，调整抽汲参数，以提高井下泵效及系统效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抽油机井系统效率因素分析方法，其特征在于，所述分析方法具体包括：

步骤1，确定影响因素；

步骤2，通过计算影响因素的关联度和权重系数，确定所述影响因素相对于抽油机井系统效率的关联序；

步骤3，确定抽油机井的评价指标，并定义所述评价指标的比较基准；

步骤4，计算每个影响因素对应所述评价指标的隶属度；

步骤5，通过比较所述隶属度与对应的所述比较基准，确定对应的所述影响因素与抽油机井系统效率的关系。

2.根据权利要求1所述的抽油机井系统效率因素分析方法，其特征在于，所述影响因素包括：电机负载率、抽油机平衡率、井口回压、套压、沉没度、冲程、冲次、泵径、井眼轨迹曲率最大值和油管直径。

3.根据权利要求2所述的抽油机井系统效率因素分析方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤21，确定每个影响因素的参数序列，母序列为系统效率时间序列{X₀(k)}，子序列为影响因素时间序列{X_i(k)}；

其中：k＝1，2，…，N；i＝1，2，…，M；k为时间序列长度，i为影响因素个数，N与M均为整数；

步骤22，利用极大值法对每个影响因素的数据进行无量纲处理，公式为

其中：k＝1，2，…，N；i＝1，2，…，M；k为时间序列长度，i为影响因素个数，N与M均为整数；

步骤23，计算每个影响因素的关联系数，公式为

其中：Δ_0t(k)＝|y₀(k)-y_t(k)|，Δ_min、Δ_max为各个时刻绝对值差的最小值与最 大值，ρ为分辨系数(0，1)；

步骤24，计算每个影响因素的关联度，公式为

步骤25，计算每个影响因素的权重系数，公式为

步骤26，将所述影响因素的关联度和权重系数进行归一化处理，根据处理结果确定所述影响因素相对于抽油机井系统效率的关联序。

4.根据权利要求3所述的抽油机井系统效率因素分析方法，其特征在于，所述步骤3中，所述评价指标包括电机负载率、传动部分能损率、抽油机平衡率、抽油杆能损率、抽油泵排量系数和抽汲参数匹配数。

5.根据权利要求4所述的抽油机井系统效率因素分析方法，其特征在于，所述步骤3中，所述评价指标的比较基准分为第一等级、第二等级、第三等级和第四等级，对应的隶属度范围分别是0.75-1.0、0.5-0.75、0.25-0.5、0.0-0.25。

6.根据权利要求5所述的抽油机井系统效率因素分析方法，其特征在于，所述步骤4中，通过应用模糊隶属函数标准化方法，计算每个影响因素对应的所述评价指标的隶属度。

7.根据权利要求6所述的抽油机井系统效率因素分析方法，其特征在于，所述模糊隶属函数标准化方法中，所述评价指标的隶属度的计算公式包括：

a.越大越优型

b.越小越优型

c.适中型

其中，OFM_ij表示第i因素的第j个评价指标的隶属度，OF_ij表示第i因素的第j个评价指标的计量值，OF_ijmax表示第i因素的第j个评价指标的最大可能值，OF_ijmin表示第i因素的第j个评价指标的最小可能值，OF_be表示第i因素的第j个评价指标的最优值。