CN108873689B - 一种基于模糊控制的油井清蜡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于模糊控制的油井清蜡方法及系统，所述方法包括：确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值；采用语言变量将所述输入变量模糊化，得到模糊输入变量；将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量；将所述模糊矢量进行反模糊化，得到模糊输出量；根据所述模糊输出量分别按照二段火时间调整规则和三段火时间调整规则，确定油井清蜡的二段火时间和三段火时间。本发明中的方法和系统，能够实现高效洗井，提高产量，降低采油能耗。
Description
技术领域
本发明涉及油井结蜡清洁领域，特别是涉及一种基于模糊控制的油井清蜡方法。
背景技术
原油中含有不同数量的石蜡，在油层条件下，一般处于溶解状态。原油从井底上升流经油管时，温度、压力逐渐降低，蜡逐渐析出，聚集、积附于管壁，称油井结蜡。它使油管内径变小，以致堵塞，影响井的生产能力，严重时使油井停产。不同油田、油层的油井，由于原油性质和含蜡量、温度压力、流动条件和油管表面条件等不同，开始结蜡的位置也不同。自喷井、抽油井或气举井都在某一井段以上(包括出油管线)开始结蜡。在生产过程中，当井底附近油层的温度低，或由于注水，使油层温度降低到结蜡温度时，也会在井底附近或油层内部结蜡。
因此，在日常生产中，会对油管壁上和井底附近的积蜡进行清理，以保证油井正常生产。而目前采油领域的油井结蜡后，清蜡只靠人工经验来判断是否清蜡完毕，主观性强，准确率差，效率低，成本高，并且如果清蜡不及时的话会增大抽油机的能耗，加速油杆管磨损。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于模糊控制的油井清蜡方法及系统，实现高效洗井，提高产量，降低采油能耗。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于模糊控制的油井清蜡方法，所述方法包括：
确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值；
采用语言变量将所述输入变量模糊化，得到模糊输入变量；
将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量；
将所述模糊矢量进行反模糊化，得到模糊输出量；
根据所述模糊输出量分别按照二段火时间调整规则和三段火时间调整规则，确定油井清蜡的二段火时间和三段火时间。
可选的，所述将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量具体包括：
当所述结蜡偏差值大于设定阈值时，将二段火时间延长预先设定时间段；
当所述结蜡偏差值等于设定阈值时，保持二段火时间不变；
当所述结蜡偏差值小于设定阈值时，将二段火时间减少预先设定时间段。
可选的，所述模糊输入量的语言变量为{O,S,M,L}，O表示零，S表示小，M表示中，L表示大。
可选的，确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值具体包括：
获取洗井前一天的结蜡值和洗井后一天的结蜡值；
将所述洗井前一天的结蜡值和所述洗井后一天的结蜡值做差，得到第一偏差值；
获取当前洗井的结蜡值和需要清蜡的目标值；
将所述当前洗井的结蜡值和所述需要清蜡的目标值做差，得到第二偏差值；
将所述第一偏差值和所述第二偏差值做差，得到结蜡偏差值；
获取洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间；
将所述洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间做差，得到时间偏差值。
可选的，所述二段火时间调整规则具体为下表：
所述三段火时间调整规则具体为下表：
本发明另外提供一种基于模糊控制的油井清蜡的系统，所述系统包括：
输入变量确定模块，用于确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值；
模糊输入变量确定模块，用于采用语言变量将所述输入变量模糊化，得到模糊输入变量；
模糊矢量确定模块，用于将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量；
模糊输出量确定模块，用于将所述模糊矢量进行反模糊化，得到模糊输出量；
二段火时间和三段火时间确定模块，用于根据所述模糊输出量分别按照二段火时间调整规则和三段火时间调整规则，确定油井清蜡的二段火时间和三段火时间。
可选的，所述模糊矢量确定模块具体包括：
二段火时间延长单元，用于当所述结蜡偏差值大于设定阈值时，将二段火时间延长预先设定时间段；
二段火时间保持单元，用于当所述结蜡偏差值等于设定阈值时，保持二段火时间不变；
二段火时间减少单元，用于当所述结蜡偏差值小于设定阈值时，将二段火时间减少预先设定时间段。
可选的，其特征在于，所述输入变量确定模块具体包括：
结蜡值获取单元，用于获取洗井前一天的结蜡值和洗井后一天的结蜡值；
第一偏差值获取单元，用于将所述洗井前一天的结蜡值和所述洗井后一天的结蜡值做差，得到第一偏差值；
目标值获取单元，用于获取当前洗井的结蜡值和需要清蜡的目标值；
第二偏差值获取单元，用于将所述当前洗井的结蜡值和所述需要清蜡的目标值做差，得到第二偏差值；
结蜡偏差值获取单元，用于将所述第一偏差值和所述第二偏差值做差，得到结蜡偏差值；
洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间获取单元，用于获取洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间；
时间偏差值获取单元，用于将所述洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间做差，得到时间偏差值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中通过采集清蜡机洗井参数和洗井清蜡变化情况，确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值；通过采用语言变量将所述输入变量模糊化，得到模糊输入变量；通过将模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量；通过将模糊矢量进行反模糊化，得到模糊输出量；通过根据模糊输出量分别按照二段火时间调整规则和三段火时间调整规则，确定油井清蜡的二段火时间和三段火时间，代替了传统的需要人工经验来判断清蜡是否完成，大大提高的洗井效率，提高了出油产量，降低了采油能耗并延长了采油设备的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于模糊控制的油井清蜡方法流程图；
图2为本发明实施例基于模糊控制的油井清蜡系统结构图。
图3为本发明实施例结蜡指数曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于模糊控制的油井清蜡方法及系统，实现高效洗井，提高产量，降低采油能耗。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例基于模糊控制的油井清蜡方法流程图，如图1所示，所述方法包括：
步骤101：确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值；
步骤102：采用语言变量将所述输入变量模糊化，得到模糊输入变量；
步骤103：将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量；
步骤104：将所述模糊矢量进行反模糊化，得到模糊输出量；
步骤105：根据所述模糊输出量分别按照二段火时间调整规则和三段火时间调整规则，确定油井清蜡的二段火时间和三段火时间。
下面对各步骤做详细介绍：
具体的，步骤101中，确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值具体包括：
步骤1011：获取洗井前一天的结蜡值和洗井后一天的结蜡值；
步骤1012：获取当前洗井的结蜡值和需要清蜡的目标值；
将所述洗井前一天的结蜡值和所述洗井后一天的结蜡值做差，得到第一偏差值。
步骤1013：将所述当前洗井的结蜡值和所述需要清蜡的目标值做差，得到第二偏差值；
步骤1014：将所述第一偏差值和所述第二偏差值做差，得到结蜡偏差值；
步骤1015：获取洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间；
步骤1016：将所述洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间做差，得到时间偏差值。
步骤102中，根据结蜡业务需求，选择了四个语言变量，具体的，所述模糊输入量的语言变量为{O,S,M,L}，O表示零，S表示小，M表示中，L表示大。
具体的，步骤103中将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量具体包括：
步骤1031：当所述结蜡偏差值大于设定阈值时，将二段火时间延长预先设定时间段；
步骤1032：当所述结蜡偏差值等于设定阈值时，保持二段火时间不变；
步骤1033：当所述结蜡偏差值小于设定阈值时，将二段火时间减少预先设定时间段。
步骤104中，模糊控制规则的推理已经完成，但是至此获得的结果仍然是一个模糊矢量，不能直接用来作为输出，需要经过一次转换，即为反模糊化，通常把输出端具有转换功能的部分称为解模糊接口。
具体的，步骤105中：
二段火时间调整规则具体为表1，n表示负方向，p表示正方面：
表1
所述三段火时间调整规则具体为表2：
表2
模糊化的隶属度函数表如表3所示：
表3
| -1 | -0.5 | 0 | 0.5 | 1 | |
| PL | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| PM | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0 |
| PS | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0 |
| PO | 0 | 0.5 | 1 | 0 | 0 |
| NL | 0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 |
| NM | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| NS | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
时间偏差范围为[0，31]，在取件上对时间偏差进行模糊化，模糊化的隶属度函数表，如表4所示：
表4
| [0,5] | [6,10] | [11,15] | [15,20] | [21,25] | [26-31] | |
| L | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0.7 | 1 |
| M | 0 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0.3 | 0 |
| S | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 |
| O | 1 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
二段火、三段火时间偏差范围为[0，6]，在该取件上对持续时间偏差进行模糊化，模糊化的隶属度函数表，如表5所示：
表5
| -3 | -2 | -1 | 0 | 1 | 2 | 3 | |
| PL | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| PM | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0 |
| PS | 0 | 0 | 0 | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 |
| Z | 0 | 0 | 0.5 | 1 | 0.5 | 0 | 0 |
| NL | 0 | 0.5 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| NM | 0 | 0.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| NS | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
己建立的模糊控制规则要经过模糊推理才能决策出控制变量的一个模糊子集，它是一个模糊量而不能直接生成二段火和三段火时间，还需要将模糊量转换为精确量，以便最好地发挥出模糊推理结果的决策效果，把模糊量转换为精确量的过程称为清晰化，得到清蜡策略的二段火时间和三段火时间。
此处的清晰化采用的最大隶属度法，选取模糊集合中隶属度最大的元素作为输出值。
模糊子集的隶属函数有多种形状可供选择,如梯形分布，三角形等等，三角形分布的模糊变量运算虽然简单、迅速，但对于清蜡策略确定而言，实际效果并不是特别理想，因而选择梯形隶属度函数。
利用模糊集合理论和语言变量的概念，可以把利用语言归纳的手动控制策略上升为数值运算，实现模糊自动计算。首先对不同的结蜡偏差和时间偏差，洗井策略参数的整定可以归纳为：
①当结蜡偏差较大时，需要延长二段火时间，②当结蜡偏差适中时，二段火持续时间应保持不变，当结蜡偏差较小时，应该减少二段火持续时间。
根据每口油井结蜡特性曲线、清蜡目标值及上次洗井的策略，通过模糊算法进行优化调整来得到下次该油井清蜡洗井的三段火持续时间。模糊控制的基本原理是以模糊集合论、模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统。模糊控制器，也可称为模糊逻辑控制器，由于其所采用的模糊控制规则是由模糊理论中模糊条件来描述的，因此模糊控制器是一种语言型控制器，故也称为模糊语言控制器，它包括有：输入量模糊化接口、数据库、规则库、推理机和输出解模糊接口5个部分。
(1)模糊化接口：模糊控制器的输入必须通过模糊化才能用于模糊控制器输出的求解，因此它实际上是模糊控制器的输入接口，它的主要作用是将真实的确定量输入转换成一个模糊矢量。
(2)数据库：所存放的是所要输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值(即经过论域等级的离散化以后对应值的集合)，若论域为连续域，则为隶属度函数，在规则推理的模糊关系方程求解过程中，向推理机提供数据。
(3)规则库：模糊控制器的规则是基于专家知识或手动操作熟练人员长期积累的经验，它是按人的直觉推理的一种语言表示形式，模糊规则通常由一系列的关系词连接而成，如if一then、also、or、and等。关系词必须经过“翻译”，才能将模糊规则数值化。
(4)推理机：推理是控制器中根据输入模糊量，由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系方程，并获得模糊控制量的功能部分，在模糊控制中考虑到推理时间，通常采用运算较简单的推理方法，最基本的有Zdaeh近似推理，它包含有正向推理和逆向推理两类，正向推理常被用于模糊控制中，而逆向推理一般用于知识工程学领域的专家系统中。
(5)解模糊接口：推理结果的获得，表示模糊控制的规则推理功能已经完成，但是至此所获得的结果仍是一个模糊矢量,不能直接用来作为输出，还必须作一次转换，求得清晰的输出，即为解模糊，通常把输出端具有转换作用的功能部分称为解模糊接口。
如图2所示，图2为本发明实施例基于模糊控制的油井清蜡的系统结构图，如图2所示，所述系统包括：
输入变量确定模块201，用于确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值；
所述输入变量确定模块201具体包括：
结蜡值获取单元，用于获取洗井前一天的结蜡值和洗井后一天的结蜡值；
第一偏差值获取单元，用于将所述洗井前一天的结蜡值和所述洗井后一天的结蜡值做差，得到第一偏差值；
目标值获取单元，用于获取当前洗井的结蜡值和需要清蜡的目标值；
第二偏差值获取单元，用于将所述当前洗井的结蜡值和所述需要清蜡的目标值做差，得到第二偏差值；
结蜡偏差值获取单元，用于将所述第一偏差值和所述第二偏差值做差，得到结蜡偏差值；
洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间获取单元，用于获取洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间；
时间偏差值获取单元，用于将所述洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间做差，得到时间偏差值。
模糊输入变量确定模块202，用于采用语言变量将所述输入变量模糊化，得到模糊输入变量；
模糊矢量确定模块203，用于将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量；
所述模糊矢量确定模块203具体包括：
二段火时间延长单元，用于当所述结蜡偏差值大于设定阈值时，将二段火时间延长预先设定时间段；
二段火时间保持单元，用于当所述结蜡偏差值等于设定阈值时，保持二段火时间不变；
二段火时间减少单元，用于当所述结蜡偏差值小于设定阈值时，将二段火时间减少预先设定时间段。
模糊输出量确定模块204，用于将所述模糊矢量进行反模糊化，得到模糊输出量；
二段火时间和三段火时间确定模块205，用于根据所述模糊输出量分别按照二段火时间调整规则和三段火时间调整规则，确定油井清蜡的二段火时间和三段火时间。
油井井筒是由油杆、油管、套管、水泥环以及地层组成。油井结蜡主要集中在油管内壁、抽油杆外壁以及动液面以下油管外壁、套管内壁四个部分。洗井时，热洗介质经过热洗车加热经套管进入油套环形空间，后经筛管进入，在泵工作的带动下经油管反出地面，如此反复循环。将热量一部分传递给油管，进而传递给油管内的液体，令一部分传递给套管内壁，再从套管内壁传递到套管外壁，最终进入地层。在热洗的过程当中，高温热洗介质热洗清蜡过程分为三个阶段：第一阶段是准备阶段，提前将热洗介质(水)加热到第一阶段温度，一般为60-80℃；第二阶段是高温蒸汽焖井阶段，向油井套管中注入120℃以上的高温介质；第三阶段是热洗排蜡阶段,继续向套管中注入180℃的高温介质，在抽油机生产过程中,将井筒内溶化的蜡排出井筒。
图3为本发明实施例结蜡指数曲线图，以某口油井洗井情况为例，结蜡指数曲线如图3所示：
2014年7月28日的洗井后，结蜡指数变化为3，持续时间为8天，二段火从12点14至14点14，持续时间为2小时，三段火从14点15至16点53，持续时间为2.6小时，下次洗井的当前结蜡指数和目标指数偏差为4，即输入偏差值为0.05，持续时间为12天，即输入时间偏差为4，通过规则及反模糊化计算得出二段火持续时间增量为0，即二段火持续时间不变，三段火持续时间增量为1.5小时，即三段火持续时间变为4.1小时。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种基于模糊控制的油井清蜡方法，其特征在于，所述方法包括：
确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值；
采用语言变量将所述输入变量模糊化，得到模糊输入变量；
将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量；
将所述模糊矢量进行反模糊化，得到模糊输出量；
根据所述模糊输出量分别按照二段火时间调整规则和三段火时间调整规则，确定油井清蜡的二段火时间和三段火时间；
确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值具体包括：
获取洗井前一天的结蜡值和洗井后一天的结蜡值；
将所述洗井前一天的结蜡值和所述洗井后一天的结蜡值做差，得到第一偏差值；
获取当前洗井的结蜡值和需要清蜡的目标值；
将所述当前洗井的结蜡值和所述需要清蜡的目标值做差，得到第二偏差值；
将所述第一偏差值和所述第二偏差值做差，得到结蜡偏差值；
获取洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间；
将所述洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间做差，得到时间偏差值。
2.根据权利要求1所述的基于模糊控制的油井清蜡的方法，其特征在于，所述将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量具体包括：
当所述结蜡偏差值大于设定阈值时，将二段火时间延长预先设定时间段；
当所述结蜡偏差值等于设定阈值时，保持二段火时间不变；
当所述结蜡偏差值小于设定阈值时，将二段火时间减少预先设定时间段。
3.根据权利要求1所述的基于模糊控制的油井清蜡的方法，其特征在于，所述模糊输入量的语言变量为{O,S,M,L}，O表示零，S表示小，M表示中，L表示大。
4.根据权利要求1所述的基于模糊控制的油井清蜡的方法，其特征在于，所述二段火时间调整规则具体为下表：
所述三段火时间调整规则具体为下表：
5.一种基于模糊控制的油井清蜡方法的系统，其特征在于，所述系统包括：
输入变量确定模块，用于确定输入变量，所述输入变量包括结蜡偏差值和时间偏差值；
模糊输入变量确定模块，用于采用语言变量将所述输入变量模糊化，得到模糊输入变量；
模糊矢量确定模块，用于将所述模糊输入变量输入模糊控制器，按照模糊控制规则确定模糊矢量；
模糊输出量确定模块，用于将所述模糊矢量进行反模糊化，得到模糊输出量；
二段火时间和三段火时间确定模块，用于根据所述模糊输出量分别按照二段火时间调整规则和三段火时间调整规则，确定油井清蜡的二段火时间和三段火时间；
所述输入变量确定模块具体包括：
结蜡值获取单元，用于获取洗井前一天的结蜡值和洗井后一天的结蜡值；
第一偏差值获取单元，用于将所述洗井前一天的结蜡值和所述洗井后一天的结蜡值做差，得到第一偏差值；
目标值获取单元，用于获取当前洗井的结蜡值和需要清蜡的目标值；
第二偏差值获取单元，用于将所述当前洗井的结蜡值和所述需要清蜡的目标值做差，得到第二偏差值；
结蜡偏差值获取单元，用于将所述第一偏差值和所述第二偏差值做差，得到结蜡偏差值；
洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间获取单元，用于获取洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间；
时间偏差值获取单元，用于将所述洗井结蜡指数持续时间和目标持续时间做差，得到时间偏差值。
6.根据权利要求5所述的基于模糊控制的油井清蜡方法的系统，其特征在于，所述模糊矢量确定模块具体包括：
二段火时间延长单元，用于当所述结蜡偏差值大于设定阈值时，将二段火时间延长预先设定时间段；
二段火时间保持单元，用于当所述结蜡偏差值等于设定阈值时，保持二段火时间不变；
二段火时间减少单元，用于当所述结蜡偏差值小于设定阈值时，将二段火时间减少预先设定时间段。
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