CN110778302B - 油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法，它包括：收集区块内抽油机井生产数据信息，并预处理；抽油机井系统行为特征量的对应特性映射量的确定：应用灰色系统理论构建灰色关联性数据序列模型；对抽油机井系统行为特征映射量数据序列进行无量纲化处理；进行抽油机井系统行为特征因素的关联度计算，并对关联度进行排序；依据油田开发中后期抽油机生产特点和人工举升理论，建立抽油机井系统的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率评价指标；依据评价指标，针对特征映射量关联性排序的前3项，提出具体整改措施。本发明能实现抽油机井高效运行，达到节能减排的目标。

Description

油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法

技术领域：

本发明涉及的是抽油机性能评价方法，具体涉及的是油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法。

背景技术：

我国共有油井20多万口，其中抽油机井占到了80％以上。随着油田开发进入中后期阶段，抽油机井生产管理的日趋成熟和大数据管理的应用，油井一般都是在较高的效率下工作。但是随着生产条件的变化、含水增高、外围油田增多，节能产品和节能技术的广泛应用，传统的抽油机井运行状况评价和技术措施的应用方法，都不再能保持高效的运行。目前油田油井生产数据库建立比较完善，对现有数据的深度知识挖掘利用，也是油田的发展需求。

发明内容：

本发明的目的是提供油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法，这种油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法用于解决传统的抽油机井运行状况评价和技术措施的应用方法，都不再能保持抽油机井高效运行的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法包括以下步骤：

一、收集区块内抽油机井生产数据信息，进行数据的测试录取，或者从已有数据库总提取区块内选定抽油机井的动态参数数据，并对数据预处理；录取、测试及计算的数据包括：扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、累计耗电量、节电率平衡度、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、动液面、油压、套压、泵效、泵充满度、流压；

二、抽油机井系统行为特征量的对应特性映射量的确定：

2.1抽油机井系统行为特征量：系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率；

2.2对应系统效率的特征映射量变量：

扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、累计耗电量、平衡度、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、动液面、油压、套压、泵效、充满度、流压；

2.3对应设备驱动效率的特征映射量变量：

扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、平衡度；

2.4对应井筒举升效率的特征映射量变量：

载荷利用率、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、油压、套压、泵效、充满度、流压；

三、应用灰色系统理论构建抽油机系统效率行为特征量与生产参数、抽汲参数以及油藏参数的灰色关联性数据序列模型；生产参数、抽汲参数以及油藏参数为步骤一中所述的录取、测试及计算的参数，为各项影响因素相对应的动态参数；

区块中抽油机井的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率数据序列：

各项影响因素对应动态参数的数据序列：

式(1)和(2)中：

X₀₁——系统效率特征因素；

X₀₂——设备驱动效率特征因素；

X₀₃——井筒举升效率特征因素；

x₀₁(i),x₀₂(i),x₀₃(i)——分别是系统效率、设备驱动效率、井筒举升效率对应的特征映射量变量；

X₁～X_i——与效率行为对应的特征量参数；

n——为井数；

i——特征映射量参数的数量。

四、对抽油机井系统行为特征映射量数据序列进行无量纲化处理；

五、进行抽油机井系统行为特征因素的关联度计算，并对关联度进行排序；

六、依据油田开发中后期抽油机生产特点和人工举升理论，建立抽油机井系统的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率评价指标；

七、依据评价指标，针对特征映射量关联性排序的前3项，提出具体整改措施。

上述方案中步骤四的具体方法：

先进行特征映射数据序列的无量纲化处理，

计算数据序列的平均值，见公式(4)及均方差，见公式(5)：

式中

——分别为第0个和第i个X数据序列的平均值；

S₀,S_i——分别为第0个和第i个X数据序列的均方差；

k——2,3,4…n。

上述方案中步骤五的具体方法：

设

为关联符号函数，γ_i(k)为第k口抽油机井的灰色关联系数，

式中；

γ_i——第i个灰色关联系数，即关联度，γ_i(k)为第k口抽油机井的灰色关联系数；

sgn_k——关联符号函数；

k——序列号；

灰色关联系数是系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率等系统行为的特征量数据序列与抽油机井系统行为的特征映射量动态参数序列在曲线上对应点之间的关联程度，它的数量取决于组成数据序列的数据点数，区块内抽油机的井数k，，将所有灰色关联系数求和后，再取平均值，，作为系统效率特征量数据序列与特征映射量数据序列之间关联程度的数量表示，称为关联度γ_i。

若最后生成的灰色关联度γ_i为正，则说明该项影响因素与系统效率之间为正相关，反之则为负相关；完成各项特征映射量影响因素关于系统效率的灰色关联度计算后，对各项特征映射量因素所生成的关联度进行排序；通过关联度在关联序中的所在位置，判断出各项影响因素之间哪项因素对于所述区块抽油机井系统效率的影响程度更高。

上述方案中步骤六的具体方法：

根据油田开发中后期抽油机井的生产特点，依据理论分析和实践经验的总结，评价标准如下：

6.1系统效率评价指标：

低效区：<20％；合格区：20％～30％；节能区：30％～60％；关注区：>60％和<0％；

6.2设备驱动效率评价指标：

低效区：<45％；合格区：45％～55％；节能区：55％～75％；关注区：>75％和<0％；

6.3井筒举升效率评价指标：

低效区：<45％；合格区：40％～50％；节能区：50％～70％；关注区：>70％和<0％；

6.4评价指标区间的处理方法

(1)低效区：分析低效原因，按效率关联度排序，对前3项特征映射量关联因素提出技术措施，并制定整改报告。并记录节能整改方法，为其它类似油井的整改提供历史记录和对标样本；

(2)合格区：保持生产现状，对效率特征映射量关联因素排序，分析节能潜力空间及预备整改措施；

(3)节能区：保持生产现状，并采集分析运行数据，为其它油井的生产优化设计提供对标样本；

(4)关注区：对于效率负值区和效率超出理论最佳值的抽油机井进行分析，检查生产参数是否有误，并重新进行特征映射量参数的测试录用，并对照合理的历史数据，分析这些抽油机井是否正常工作，进行安全隐患排查。

上述方案中步骤一中对数据预处理的方法包括油井生产异构数据的整合处理，异常数据的剔除，缺失数据的插值补充；异构数据需要进行同构化处理，所有渠道获得的数据能够相互融合；异常数据是指偏离实际开采情况的，不合理数据；缺失数据是指该油井系统正常生产的能够体现系统行为特征的必要数据，缺失数据的补充要求使用内插值方法，或者工况变化不大时的历史数据，或者相同工况的油井的同时间获得的数据。

上述方案中建立的抽油机井的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率评价指标的标准，是根据油田开发中后期抽油机井的生产特点，依据理论分析、实验研究和实践经验的结合，不低于石油天然气行业的相关标准。

上述方案中技术整改和管理措施包括以下对象：电动机，皮带，减速箱，四连杆，井口盘根盒，抽油杆，抽油泵，平衡度，沉没度。

本发明具有以下有益效果：

本发明以区块内所有抽油机为优化设计和技术整改的对象，依据现有的数据库或动态多参数动态测试技术来收集数据，并依据灰色系统理论以区块内抽油机群为研究对象，以系统效率，地面的设备驱动效率和地下的井筒举升效率为系统行为特征量，以扭矩、载荷、功率、平衡度、冲程以及冲次等参数为特征映射量，进行关联度计算，并依据关联度数值进行排序。同时对各抽油机井进行效率评价和归类，最后依据关联度的序列，强关联性特征进行措施整改，以期达到节能减排，绿色低碳的目的。

附图说明：

图1是本发明的技术实施流程图。

具体实施方式：

下面对本发明做进一步的说明：

这种油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法包括以下步骤：

1.抽油机井生产数据信息收集与整理

首先进行数据的测试录取，或者从已有数据库总提取区块内选定抽油机井的动态参数数据。

录取、测试及计算的数据包括：扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、累计耗电量、节电率平衡度、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、动液面、油压、套压、泵效、泵充满度、流压等。

数据预处理：融合生产、采油和测试的异构数据，对数据中的异常值进行合理化剔除，尽量保证数据的有效性。依据历史数据对油井的关键数据缺失项进行内插值补充，并保证误差合理。

2.抽油机井系统行为特征量的对应特性映射量的确定

2.1抽油机井系统行为特征量：

系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率。

2..2对应系统效率的特征映射量变量：

扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、累计耗电量、平衡度、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、动液面、油压、套压、泵效、充满度、流压等。

2.3对应设备驱动效率的特征映射量变量：

扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、平衡度。

2.4对应井筒举升效率的特征映射量变量：

载荷利用率、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、油压、套压、泵效、充满度、流压等。

3.确定抽油机井系统特征因素和相关因素的数据序列

以区块中抽油机井的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率为系统特征因素。

相关因素为各项影响因素相对应的动态参数：具体为权利1中包括的录取、测试及计算的参数。

式(1)分别为区块中抽油机井的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率数据序列。

式(2)为各项影响因素对应动态参数的数据序列。

式(1)和式(2)中各变量为：

X₀₁——系统效率特征因素；

X₀₂——设备驱动效率特征因素；

X₀₃——井筒举升效率特征因素；

x₀₁(i),x₀₂(i),x₀₃(i)——分别是系统效率、设备驱动效率、井筒举升效率对应的特征映射量变量；

X₁～X_i——与效率行为对应的特征量参数；

n——为井数；

i——特征映射量参数的数量。

4.抽油机井系统生产的特征映射数据序列的无量纲化处理

抽油机井系统生成的特征映射数据序列的量纲不同，不适于进行灰色关联性分析。本发明适用的灰色关联方法包括：邓氏灰色关联、绝对灰色关联、相对灰色关联、综合灰色关联、接近灰色关联和相似灰色关联。

因此，先进行特征映射数据序列的无量纲化处理。

计算数据序列的平均值，见公式(4)及均方差，见公式(5)：

式中：

——分别为第0个和第i个X数据序列的平均值；

S₀,S_i——分别为第0个和第i个X数据序列的均方差；

k——2,3,4…n。

5.抽油机井系统行为特征因素的关联系数及关联度的计算

设

为关联符号函数，称γ_i(k)为第k口抽油机井的灰色关联系数，如公式(6)所示。

式中；

γ_i——第i个灰色关联系数，即关联度，γ_i(k)为第k口抽油机井的灰色关联系数；

sgn_k——关联符号函数；

k——序列号；

灰色关联系数是系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率等系统行为的特征量数据序列与抽油机井系统行为的特征映射量动态参数序列在曲线上对应点之间的关联程度，它的数量取决于组成数据序列的数据点数(区块内抽油机的井数k)。因此，将所有灰色关联系数求和后，再取平均值，以此作为系统效率特征量数据序列与特征映射量数据序列之间关联程度的数量表示，称为关联度γ_i，如公式(7)所示。

若最后生成的灰色关联度γ_i为正，则说明该项影响因素与系统效率之间为正相关，反之则为负相关。完成各项特征映射量影响因素关于系统效率的灰色关联度计算后，需要对各项特征映射量因素所生成的关联度进行排序。通过关联度在关联序中的所在位置，可以判断出各项影响因素之间哪项因素对于被测区块抽油机井系统效率的影响程度更高。

6.抽油机井系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率标准界定理及技术措施

根据油田开发中后期抽油机井的生产特点，依据理论分析和实践经验的总结，评价标准如下：

6.1系统效率评价指标：

低效区：<20％；合格区：20％～30％；节能区：30％～60％；关注区：>60％和<0％。

6.2设备驱动效率评价指标：

低效区：<45％；合格区：45％～55％；节能区：55％～75％；关注区：>75％和<0％。

6.3井筒举升效率评价指标：

低效区：<45％；合格区：40％～50％；节能区：50％～70％；关注区：>70％和<0％。

6.4评价指标区间的处理方法

(1)低效区：分析低效原因，按效率关联度排序，对前3项特征映射量关联因素提出技术措施，并制定整改报告。并记录节能整改方法，为其它类似油井的整改提供历史记录和对标样本。

(2)合格区：保持生产现状，对效率特征映射量关联因素排序，分析节能潜力空间及预备整改措施。

(3)节能区：保持生产现状，并采集分析运行数据，为其它油井的生产优化设计提供对标样本。

(4)关注区：对于效率负值区和效率超出理论最佳值的抽油机井进行分析，检查生产参数是否有误，并重新进行特征映射量参数的测试录用，并对照合理的历史数据，分析这些抽油机井是否正常工作，进行安全隐患排查。

7.抽油机井系统节能整改技术及管理措施，该技术管理措施包括以下内容，以及其它相关内容。

1)电动机

i.做好日常清洁和保养工作，电动机运行过程中，应加强日常运行和巡视工作，做好电机故障的预防工作。

ii.当三相异步电动机额定功率小于15kW时，建议更换15kW以上的电动机。(因为小功率电动机的效率较低，启动性能和过载性能都相对较弱，不适合抽油机井的复杂工作状况。)

iii.对于稠油井、深井、聚驱井和三元复合驱井，建议使用高转差电动机。

iv.双驴头抽油机的常用机型，设计冲程和冲次参数都相对较小，可以不使用节能电动机。

v.冲程和冲次较大时，建议不使用永磁同步电动机抗冲击性较差。

vi.工况复杂，常更换工作制度的油井，建议使用双功率电动机。

2)皮带

i.检查皮带松弛和打滑现象，及时进行紧固或更换；

ii.新皮带在安装完以后的12小时到36小时之间应该对皮带的松紧度进行调整，将大皮带轮与电机之间的四点一线调整好；

iii.避免大皮带轮和皮带受到油污的污染。

3)减速箱

i.减速箱过载时，应及时更换减速箱或降低抽汲参数；

ii.定期检查减速箱漏油、打齿和窜轴等问题，并及时解决。

4)四连杆

i.四连杆轴承定期检查、维护与保养，保证轴承得到充分润滑。

5)井口盘根盒

ii.盘根扭矩维护界限值为40～60Nm，维护周期为4～5天；

iii.当光杆运行速度较大时，可考虑使用膨胀石墨盘根。

6)抽油杆

i.悬点载荷较大时，设计使用两级杆或多级杆，或使用高强度抽油杆，以降低载荷；

ii.水驱井及偏摩严重井，设计使用扶正器，以降低摩擦载荷；

7)抽油泵

i.在满足产量要求的前提下，尽量选用慢冲次，长冲程；

ii.对于正常油井，应尽量较小余隙容积，适当增加泵的沉没度以减少进泵的油气比；

iii.中高含气井，使用油气分离装置；

iv.含沙井，使用沙锚装置；

v.深井、超深井建议使用长冲程、低冲次；

vi.稠油井建议使用长冲程、低冲次；

vii.深井、超深井建议将油管锚定。

8)平衡度

i.常规机、异相机和双驴头抽油机的电流法平衡度要保持在0.8～1.1范围内；

ii.从节能和安全角度考虑，平衡度尽量选择在合理范围的低值附近(以平衡度0.9为调整目标进行平衡调整计算)。

iii.对于常出现假平衡现象(电流法调整平衡)的油井，考虑使用功率法平衡度进行抽油机平衡调整

9)沉没度

i.尽量保持沉没度在150m～300m范围内；

ii.沉没度在80m～150m和300m～400m范围内时，应保持现况，并定期观测是否有大的变动；

iii.对于含气井，沉没度选择在150m～200m范围内，并使用油气分离装置；

iv.低渗低产井，应降低产量，适当提高沉没度，或改变抽汲工作制度。

Claims (6)

1.一种油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法，其特征在于包括以下步骤：

一、收集区块内抽油机井生产数据信息，进行数据的测试录取，或者从已有数据库中提取区块内选定抽油机井的动态参数数据，并对数据预处理；录取、测试及计算的数据包括：扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、累计耗电量、节电率平衡度、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、动液面、油压、套压、泵效、泵充满度、流压；

二、抽油机井系统行为特征量的对应特征映射量的确定：

2.1抽油机井系统行为特征量：系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率；

2.2对应系统效率的特征映射量变量：

扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、累计耗电量、平衡度、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、动液面、油压、套压、泵效、充满度、流压；

2.3对应设备驱动效率的特征映射量变量：

扭矩利用率、载荷利用率、功率利用率、功率因数、有功功率、无功功率、平衡度；

2.4对应井筒举升效率的特征映射量变量：

载荷利用率、冲程、冲次、泵挂、泵径、沉没度、油压、套压、泵效、充满度、流压；

三、应用灰色系统理论构建抽油机系统效率行为特征量与生产参数、抽汲参数以及油藏参数的灰色关联性数据序列模型；生产参数、抽汲参数以及油藏参数为步骤一中所述的录取、测试及计算的参数，为各项影响因素相对应的动态参数；

区块中抽油机井的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率数据序列：

各项影响因素对应动态参数的数据序列：

式(1)和(2)中：

X₀₁——系统效率特征因素；

X₀₂——设备驱动效率特征因素；

X₀₃——井筒举升效率特征因素；

x₀₁(i),x₀₂(i),x₀₃(i)——本别是系统效率、设备驱动效率、井筒举升效率对应的特征映射量变量；

X₁～X_i——与效率行为对应的特征量参数；

n——为井数；

i——特征映射量参数的数量；

四、对抽油机井系统行为特征映射量数据序列进行无量纲化处理：

先进行特征映射数据序列的无量纲化处理，

计算数据序列的平均值，见公式(4)，及均方差，见公式(5)：

式中

——分别为第0个和第i个X数据序列的平均值；

S₀,S_i——分别为第0个和第i个X数据序列的均方差；

k—2,3,4…n；

五、进行抽油机井系统行为特征因素的关联度计算，并对关联度进行排序；

六、依据油田开发中后期抽油机生产特点和人工举升理论，建立抽油机井系统的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率评价指标；

七、依据评价指标，针对特征映射量关联性排序的前3项，提出具体整改措施。

2.根据权利要求1所述的油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法，其特征在于：所述的步骤五的具体方法：

设

式中；

γ_i——第i个灰色关联系数，即关联度，γ_i(k)为第k口抽油机井的灰色关联系数；

sgn_k——关联符号函数；

k——序列号；

灰色关联系数是系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率等系统行为的特征量数据序列与抽油机井系统行为的特征映射量动态参数序列在曲线上对应点之间的关联程度，它的数量取决于组成数据序列的数据点数，区块内抽油机的井数k，将所有灰色关联系数求和后，再取平均值，作为系统效率特征量数据序列与特征映射量数据序列之间关联程度的数量表示，称为关联度γ_i，

若最后生成的灰色关联度γ_i为正，则说明该项影响因素与系统效率之间为正相关，反之则为负相关；完成各项特征映射量影响因素关于系统效率的灰色关联度计算后，对各项特征映射量因素所生成的关联度进行排序；通过关联度在关联序中的所在位置，判断出各项影响因素之间哪项因素对于所述区块抽油机井系统效率的影响程度更高。

3.根据权利要求2所述的油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法，其特征在于：所述的步骤六的具体方法：

根据油田开发中后期抽油机井的生产特点，依据理论分析和实践经验的总结，评价标准如下：

6.1系统效率评价指标：

低效区：<20％；合格区：20％～30％；节能区：30％～60％；关注区：>60％和<0％；

6.2设备驱动效率评价指标：

低效区：<45％；合格区：45％～55％；节能区：55％～75％；关注区：>75％和<0％；

6.3井筒举升效率评价指标：

低效区：<45％；合格区：40％～50％；节能区：50％～70％；关注区：>70％和<0％；

6.4评价指标区间的处理方法

(1)低效区：分析低效原因，按效率关联度排序，对前3项特征映射量关联因素提出技术措施，并制定整改报告；并记录节能整改方法，为其它类似油井的整改提供历史记录和对标样本；

(2)合格区：保持生产现状，对效率特征映射量关联因素排序，分析节能潜力空间及预备整改措施；

(3)节能区：保持生产现状，并采集分析运行数据，为其它油井的生产优化设计提供对标样本；

(4)关注区：对于效率负值区和效率超出理论最佳值的抽油机井进行分析，检查生产参数是否有误，并重新进行特征映射量参数的测试录用，并对照合理的历史数据，分析这些抽油机井是否正常工作，进行安全隐患排查。

4.根据权利要求3所述的油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法，其特征在于：所述的步骤一中对数据预处理的方法包括油井生产异构数据的整合处理，异常数据的剔除，缺失数据的插值补充；异构数据需要进行同构化处理，所有渠道获得的数据能够相互融合；异常数据是指偏离实际开采情况的，不合理数据；缺失数据是指该油井系统正常生产的能够体现系统行为特征的必要数据，缺失数据的补充要求使用内插值方法，或者工况变化不大时的历史数据，或者相同工况的油井的同时间获得的数据。

5.根据权利要求4所述的油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法，其特征在于：所述的建立的抽油机井的系统效率、设备驱动效率和井筒举升效率评价指标的标准，是根据油田开发中后期抽油机井的生产特点，依据理论分析、实验研究和实践经验的结合，不低于石油天然气行业的相关标准。

6.根据权利要求5所述的油田区块内抽油机井群的整体化性能评价和技术整改方法，其特征在于：所述的技术整改和管理措施包括以下对象：电动机，皮带，减速箱，四连杆，井口盘根盒，抽油杆，抽油泵，平衡度，沉没度。

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