CN110821470B - 一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法,包括步骤:第一步,在油井井口的管线上安装同轴相位含水检测装置,实时对管线中流过的包括液油、气和水在内的混合液中的含水率进行测量,采集获得与混合液中的含水率对应的电磁波相位信号;第二步,分析电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,根据油井含气高低判断规则、油井含水率变化判断规则以及油井供液不足判断规则,分别判断油井的含气高低情况、油井含水变化情况以及油井的供液情况。本发明通过实时采集电磁波相位信号,分析该信号具有的时间序列特征曲线,实现油井气量高低的判断、油井含水变化的判断以及油井是否供液不足的判断,具有重大的实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及自动化技术领域,特别是涉及一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法。
背景技术
油田油井的含水率、含气量、供液能力的变化,是衡量油井生产工况变化的重要指标。其中,掌握油井含水率的变化,对于确定油井出水、出油层位、估计原油产量、预测油井的开发寿命具有重要意义;而掌握油井含气量变化、油井供液能力的变化,对于及时采取措施,提高泵效,合理开采具有重要意义。
目前,油井的含水率变化,主要通过人工取样和化验的方式来获得,而油井的含气量的变化、供液能力的变化,只能间接人为判断获得,主要存在以下不足:
1、油井含水率的高低,主要依赖于人工取样和化验的方式获得,需要耗费大量的人力、物力和时间。
2、人工化验含水率的结果,受取样时间、取样方式、化验方式等因素的影响,不仅存在一定的误差,而且只能反映取样时刻的含水值,因而不能及时、准确的反映油井含水变化的趋势。
3、油井的供液能力不足,只能通过人工测量动液面的方式获得,往往在很长时间的时间内,不能及时发现油井处于间出的生产状态,使得油井处于低效的生产状态。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷,提供一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法。
为此,本发明提供了一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法,包括步骤:
第一步,在油井井口的管线上安装同轴相位含水检测装置,实时对管线中流过的包括液油、气和水在内的混合液中的含水率进行测量,采集获得与混合液中的含水率对应的电磁波相位信号;
第二步,分析电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,根据油井含气高低判断规则、油井含水率变化判断规则以及油井供液不足判断规则,分别判断油井的含气高低情况、油井含水变化情况以及油井的供液情况。
其中,在第一步中,在第一步中,同轴相位含水检测装置实时采集电磁波相位信号,采集频率为1s。
其中,在第二步中,油井含气高低判断规则具体如下:
对于电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,当预设周期内的电值波动幅度ΔV大于或等于预设阈值时,判断油井含气为高含气状态;
而当预设周期内的电值波动幅度ΔV小于预设阈值时,判断油井含气为低含气状态;
预设阈值等于(Vmax-Vmin)×5%,其中:Vmin为同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号的电压最低值,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号的电压最高值。
其中,在第二步中,油井含水率变化判断规则具体如下:
首先,对于低含气状态的油井,对其对应的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,将预设周期内的多个秒电值数据(即每秒的电值数据)取算数平均,获得对应的时间序列的分钟数据曲线;
或者,对于高含气状态的油井,对其对应的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,将在该曲线底部预设平缓数据段的、预设周期内的电值取算数平均,获得对应的时间序列的分钟数据曲线;
接着,对于时间序列的分钟数据曲线,求取前后两分钟的电压值的变化率,当其中的电值的上升速率dV/dt大于零,并且其中的电值最大值V小于Vmax时,判断油井的含水率下降;当其中的电值的上升速率dV/dt小于零时,判断油井的含水率上升;
其中,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号的电压最高值。
其中,在第二步中,油井供液不足判断规则具体如下:
对于电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,当一天内的电值最大值V持续等于Vmax预设时长后,再度下降,那么判断该油井的供液不足,该油井为间出井;
而当一天内的电值最大值V始终保持等于Vmax,那么判断该油井已停井;
其中,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号的电压最高值。
由以上本发明提供的技术方案可见,与现有技术相比较,本发明提供了一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法,其通过实时采集电磁波相位信号,分析该信号具有的时间序列特征曲线,可以实现油井气量高低的判断、油井含水变化的判断以及油井是否供液不足的判断,从而克服了人工化验含水判断油井含水的缺点,以及人为分析油井工况的复杂性、滞后性的缺点,进一步为准确分析油井工况,及时采取技术措施管理油井,提高油井生产效率提供科学依据,具有重大的实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法的流程图;
图2为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法中,在不含气的情况下,同轴相位含水检测装置对油井井口管线中输送的包括液油和水在内的混合液进行测量,所采集获得的电磁波相位信号的电压值V与含水率β之间的线性变化关系示意图;
图3为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法中,同轴相位含水检测装置对高含气油井,采集获得的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线的示意图;
图4为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法中,同轴相位含水检测装置对低含气油井,采集获得的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线的示意图;
图5为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法中,同轴相位含水检测装置对油井采集获得的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,在含水率上下波动时的示意图;
图6为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法中,同轴相位含水检测装置对油井采集获得的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,在油井供液不足时的示意图;
图7为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法中,在实施例1中,同轴相位含水检测装置对油井采集获得的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,在油井供液不足时的示意图;
图8为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法中,在实施例2中,同轴相位含水检测装置对高含气油井,采集获得的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图8,本发明提供了一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法,包括以下步骤:
第一步,在油井井口的管线上安装同轴相位含水检测装置,实时对管线中流过的包括液油、气和水在内的混合液中的含水率进行测量,采集获得与混合液中的含水率对应的电磁波相位信号;
第二步,分析电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,根据油井含气高低判断规则、油井含水率变化判断规则以及油井供液不足判断规则,分别判断油井的含气高低情况、油井含水变化情况以及油井的供液情况。
在本发明中,具体实现上,在第一步中,在油井井口管线上安装同轴相位含水检测装置,实时采集电磁波相位信号,电磁波相位信号的采集频率为1s。
需要说明的是,对于本发明,具体实现上,同轴相位含水检测装置具体可见本申请人研发的技术装置,申请号为201811332815.4的发明专利申请,专利名称为一种在线检测的原油含水仪,该装置为现有成熟的技术装置,已由天津盛通科技发展有限公司生产,是型号为ST1912WCD01-R的同轴相位含水检测装置,
需要说明的是,对于本发明,同轴相位含水检测装置,用于采集电磁波相位信号,电磁波在充满油水介质的一定长度管道内传播时,含水率不同,电磁波在波导体两端的相位差也不同,将相位差信号转换成电压信号后,上传到油井分析平台(例如计算机服务器),可得到实时的电磁波相位信号。
具体实现上,同轴相位含水检测装置在现场安装前,已将其信号的频率、初始相位调整至最佳,其中,油井输出的混合液在100%含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号(即电值信号)的电压最低值Vmin优选为等于500mV,油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号(即电值信号)的电压最高值Vmax优选为等于1700mV。
需要说明的是,在不含气的情况下,测量电值信号V与含水率β的高低的关系呈线性变化关系:参见图2所示,图2为本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法中,在不含气的情况下,同轴相位含水检测装置对油井井口管线中输送的包括液油和水在内的混合液进行测量,所采集获得的电磁波相位信号的电压值V与含水率β之间的线性变化关系示意图;
在本发明中,在第二步中,针对基于时间序列特征曲线的电磁波信号的特征分析,可以实现油井含气高低、油井含水上升和下降变化情况、以及油井供液不足情况等生产工况的判断。判断方法的流程图如图1所示。
在本发明中,在第二步中,油井含气高低判断规则具体如下:
对于电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,当预设周期内的电值(即电压值)波动幅度ΔV大于或等于预设阈值时,判断油井含气为高含气状态(即油井的气液比较高);
而当预设周期内的电值(即电压值)波动幅度ΔV小于预设阈值时,判断油井含气为低含气状态(即油井的气液比较低);
预设阈值等于(Vmax-Vmin)×5%,其中:Vmin为同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号(即电值信号)的电压最低值,优选为等于500mV,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号(即电值信号)的电压最高值,优选为等于1700mV。
在本发明中,需要说明的是,油井气量的高低(即含气的高低)表现在不同的流态上,根据气量的高低,垂直上升管(如用于抽油的油管)的流态有气泡流、弹状流、搅拌流、环状流、液丝环流。
对于一个油井,油井的原始气油比最高可以达到200多,但随着油井的不断开采,油逐渐减少,注水不断注入地层,井底气液比会大幅下降。对于五种流态,气泡流含气较低,对于抽油井会出现气泡流、弹状流和搅拌流,而环状流和液丝环流一般会只会出现在自喷井上,所以不予考虑。油井井口产出液根据各井的情况不同,从20几度到40几度不等,有的会更高,但一般不会超过70度。
具体实现上,在判断油井含气为低高含气状态时,对于管线(如用于抽油的油管)中流过的包括液油、气和水在内的混合液,判断混合液对应的流态为气泡流;而判断油井含气为高含气状态时,对于管线(如用于抽油的油管)中流过的包括液油、气和水在内的混合液,判断混合液对应的流态为弹状流或搅拌流。
需要说明的是,对于本发明,关于油井含气高低的特征分析,具体为:当油井气液比的较高(即含气较高)时,管道中的气液两相流随着气量的增加会呈现弹状流、搅混流、环状流等流态,此时时间序列特征曲线呈现的特征为:电值变化有明显尖状凸起,1个预设周期内(例如1分钟),电值上下波动变化,电值(即电压值)波动幅度ΔV≥(Vmax-Vmin)×5%,甚至可达到最高值。含气越高,电值变化的频率越快,幅值越大。如图3所示。
当油井的气液比较低(即含气较低)时,管道中的气液两相流呈现气泡流,此时时间序列特征曲线呈现的特征为:电值变化平缓,1个周期内(1分钟内,60个采集值)电值上下偏差不大,ΔV<(Vmax-Vmin)×5%。如图4所示。
在本发明中,在第二步中,油井含水率变化判断规则具体如下:
首先,对于低含气状态的油井(即低气液比油井),对其对应的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,将预设周期(例如1分钟)内的多个秒电值数据(即每秒的电值数据)取算数平均,获得对应的时间序列的分钟数据曲线;
或者,对于高含气状态的油井(即高气液比油井),对其对应的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,将在该曲线底部预设平缓段(即预设低值范围段)的、预设周期内(例如1分钟)的电值取算数平均,获得对应的时间序列的分钟数据曲线;
接着,对于时间序列的分钟数据曲线,求取前后两分钟的电压值的变化率,当其中的电值(即电压值)的上升速率dV/dt大于零,并且其中的电值最大值V小于Vmax时,判断油井的含水率下降;当其中的电值(即电压值)的上升速率dV/dt小于零时,判断油井的含水率上升;
其中,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号(即电值信号)的电压最高值,优选为等于1700mV。
需要说明的是,对于本发明,关于油井含水率上升或下降的特征分析,具体为:当油井含气较高时,时间(秒)序列特征曲线上下波动变化,由于气体与油的介电常数接近,波峰处电值受气体影响大,不能反映含水值,而低谷处电值受气体影响小,可以反映油水混合物的含水值,是分析含水变化的依据。对低气液比的油井,取1个周期(1分钟)内的秒电值数据取算数平均,形成对应的时间序列的分钟数据曲线;对高气液比的油井取1个周期(1分钟)内曲线的低值段数据点做算术平均,生成对应的时间序列的分钟数据曲线。
然后,基于上述活动的分钟数据曲线,可以判断含水率的变化。当dV/dt>0,且V<Vmax时,油井含水率下降;当dV/dt<0,油井含水率上升。如图5所示。
在本发明中,在第二步中,油井供液不足判断规则具体如下:
对于电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,当一天内的电值(即电压值)最大值V持续等于Vmax预设时长(例如5分钟)后,再度下降,那么判断该油井的供液不足,该油井为间出井(即间断出液的油井);而当一天内的电值(即电压值)最大值V始终保持等于Vmax,那么判断该油井已停井;
其中,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号(即电值信号)的电压最高值,优选为等于1700mV。
需要说明的是,对于本发明,关于油井供液不足的特征分析,具体为:根据分钟序列的特征曲线,油井测量电值有规律变化,当测量电值在一天内出现一段最高值V=Vmax的平缓曲线,且持续一段时间后电值再度下降,则可以判断该油井供液不足,油井为间出井;当电值出现V=Vmax,且一直持续下去,则可以判断油井已停止生产。如图6所示,该井供液不足,油井处于间出状态,需要调整生产时间或加深泵挂等措施。
为了更加清楚地理解本发明的效果,下面结合具体实施例来说明。
实施例1。
对于本发明提供的方法,是一种基于时间序列的油井工况特征分析方法,该方法在1口抽油机井上应用,基于分钟时间序列曲线的特征,发现从19日开始每隔一段时间,油井无产出液电值一直处于最高位,从而可以判断该井处于供液不足的工况。实际情况与判断结果相符,该井处于供液不足,间抽的工况。此时,同轴相位含水检测装置对油井采集获得的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,如图7所示。
实施例2。
对于本发明提供的方法,是一种基于时间序列的油井工况特征分析方法,该方法在油井上应用,基于秒时间序列的特征曲线,可以明显看出该井为高含气油井。实际情况为该井为高含气井,气液比在20以上。此时,同轴相位含水检测装置对油井采集获得的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,如图8所示。
基于以上的技术方案可知,对于本发明,采用同轴相位含水在线检测技术,实时采集电磁波相位信号,基于时间序列信号的特征,实现油井含气高低、油井含水率变化以及油井供液不足的判断,从而掌握油井的生产工况,为及时采取措施,调整油井生产制度等提供依据。
综上所述,与现有技术相比较,本发明提供的一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法,其通过实时采集电磁波相位信号,分析该信号具有的时间序列特征曲线,可以实现油井气量高低的判断、油井含水变化的判断以及油井是否供液不足的判断,从而克服了人工化验含水判断油井含水的缺点,以及人为分析油井工况的复杂性、滞后性的缺点,进一步为准确分析油井工况,及时采取技术措施管理油井,提高油井生产效率提供科学依据,具有重大的实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,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,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于时间序列信号的油井工况特征分析方法,其特征在于,包括步骤:
第一步,在油井井口的管线上安装同轴相位含水检测装置,实时对管线中流过的包括液油、气和水在内的混合液中的含水率进行测量,采集获得与混合液中的含水率对应的电磁波相位信号;
第二步,分析电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,油井含气高低判断规则具体如下:
对于电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,当预设周期内的相位信号电值波动幅度ΔV大于或等于预设阈值时,判断油井含气为高含气状态;
而当预设周期内的电值波动幅度ΔV小于预设阈值时,判断油井含气为低含气状态;
预设阈值等于(Vmax-Vmin)×5%,其中:Vmin为同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号的电值最小值,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号的电值最大值。
2.如权利要求1所述的分析方法,其特征在于,在第二步中,油井含水率变化判断规则具体如下:
首先,对于低含气状态的油井,对其对应的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,将预设周期内的多个秒电值数据取算术平均值,获得对应的时间序列的分钟数据曲线;
或者,对于高含气状态的油井,对其对应的电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,将在该曲线底部预设平缓数据段的、预设周期内的电值取算术平均值,获得对应的时间序列的分钟数据曲线;
接着,对于时间序列的分钟数据曲线,求取前后两分钟的电压值的变化率,当其中的电值的上升速率dV/dt大于零,并且其中的电值最大值V小于Vmax时,判断油井的含水率下降;当其中的电值的上升速率dV/dt小于零时,判断油井的含水率上升;
其中,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号的电值最大值。
3.如权利要求1所述的分析方法,其特征在于,在第二步中,油井供液不足判断规则具体如下:
对于电磁波相位信号具有的时间序列特征曲线,当一天内的电值最大值V持续等于Vmax预设时长后,再度下降,那么判断该油井的供液不足,该油井为间出井;
而当一天内的电值最大值V始终保持等于Vmax,那么判断该油井已停井;
其中,Vmax为油井输出的混合液在0%的含水率时,同轴相位含水检测装置对应采集的电磁波相位信号的电值最大值。
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