CN112580851A - 丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油田采油技术领域，特别涉及一种丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度方法，所述的方法包括以最低能耗为目标函数，以单井的产量变化、产量递减、日累计产量和运行时间，以及多井的总产量和运行状态数量作为约束条件，将井群的调度优化问题描述为混合整数非线性规划模型，经线性化转化为混合整数线性规划模型，再编程求解，得到错峰开井间抽调度方案；本发明提供的调度方法，综合考虑抽油机井生产的产能和调度约束,建立的混合整数线性规划数学的调度优化模型，能够实现低渗油田丛式井群以能耗最小为目标的错峰开井与间抽制度的科学调度。

Description

丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度方法

技术领域

本发明属于油田采油技术领域，特别涉及一种丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度方法。

背景技术

丛式井组是指在一个井场或平台上钻出若干口井，各井之间相距不到数米，这些井由各自的输油管线将采出油汇入集油管线，再由转油站将原油外输。

随着油田的开发，低渗透油藏的丛式井在生产中后期会出现供液不足的现象，这些井如果全天24小时运行，会导致抽油泵出现“空抽”和“干抽”现象，为保证油井的供液能力和生产效率，这些井往往采用间抽方式生产。

当某一井场的油井采取间抽方式生产，可能会导致在某个时间大量油井同时关井造成集油管线流动流量过小，油温过低，造成管线冻堵；若大量油井同时开井则可能造成大量油井空抽，导致能耗增加，影响油田正常的生产运行。在实际工作中，间抽调度一般依靠人工经验来制定，但依靠人工经验制定的调度方案，仍旧存在油井运行能耗高、成本增加和管线冻堵等问题。因此，寻找一种针对井群的错峰调度优化方法对于油田生产管理具有很现实的意义。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度方法、调度设备及一种计算机可读存储介质，通过该调度方法的实施，不仅可以实现井组的日累计总产量基本稳定，而且耗电量大幅度下降。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度方法，所述的方法包括以最低能耗为目标函数，以单井的产量变化、产量递减、日累计产量和运行时间，以及多井的总产量和运行状态数量作为约束条件，将井群的调度优化问题描述为混合整数非线性规划模型，经线性化转化为混合整数线性规划模型，再编程求解，得到错峰开井间抽调度方案。

在进一步的技术方案中，所述的方法具体包括以下步骤：

(1)建立模型；

以最低能耗为目标函数，在调度时间内，同时满足单井间抽和多井错峰的生产约束条件和调度约束条件；

其中，目标函数为：

其中，对于生产约束条件，

单井产量变化约束：

Q_w,t＝Q_w,t-1-V_wU_w,t-1+Va_w (2)

单井产量递减约束：

单井总产量约束：

井群总产量约束：

对于调度约束条件，

单井运行时间约束：

井群运行状态约束：

其中，w：油井；t：离散时间；W：油井集合；T：离散时间集合；Z：调度总能耗；R_w：油井w开井时每小时耗电量；U_w,t：抽油机w在t时间是否开井，0-1变量；Q_w,t：井w在t时间的产量；V_w：油井w开井时的产量递减率；Va_w：油井w关井时的产能恢复速率；K_w：油井w的产量下界；X_w：最低单井累计日产量；Dt_min：每口井每天最低开井时间；Dt_max：每口井每天最大开井时间；O_min：任意时间井群同时开井数量的最小值；O_max：任意时间油井开井数量的最大值；

(2)对步骤(1)建立的模型进行线性化转化；

引入连续非负辅助变量AQ_w,t，用于替代Q_w,t与U_w,t的乘积；由变量属性可知Q_w,t∈[0，k)，引入常系数k，k是连续变量Q_w,t的右边界，此时k可以取最大采液量，添加如下辅助约束：

AQ_w,t≤kU_w,t (8)

AQ_w,t≤Q_w,t (9)

AQ_w,t≥Q_w,t-k(1-U_w,t) (10)

0≤AQ_w,t≤k (11)

约束(4)、(5)即变为：

(3)对步骤(2)的模型进行求解，具体包括以下步骤：

(3.1)设置调度起始时间，此时刻起井群进入调度流程；

(3.2)获取调度油井的生产状态参数；

(3.3)输入油井的调度参数，包括各井的最低开井时间，最低要求产量，各井的产量递减下界，井群的最低要求产量，井群内各时间要求的最大最小开关井数量；

(3.4)运行模型，输出井群调度时间内的最低能耗、调度时间内井群的错峰间抽制度、各时间各油井的产量，调度井群总产量。

在进一步的技术方案中，步骤(3.2)中，获取调度油井生产状态参数的方法是对其进行生产测试，获取油井的示功图，并根据示功图获取单井的初始产量、产能恢复速率和产量递减速率。

本发明第二方面提供了一种丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度设备，包括：

存储器，用于存储丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度程序；

处理器，用于执行所述的调度程序以实现上述的调度方法。

本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质上存储有丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度程序，所述的调度程序被处理器执行时实现上述的调度方法。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)本发明提供的调度方法，综合考虑抽油机井生产的产能和调度约束,建立的混合整数线性规划数学的调度优化模型，能够实现低渗油田丛式井群以能耗最小为目标的错峰开井与间抽制度的科学调度。

(2)混合整数非线性规划模型，经过线性化转化为混合整数线性规划模型，再编程求解，能够快速得到最优全局解；

(3)结合实施例中某油田10口井的实例分析表明：根据模型制定的错峰开井间抽优化调度方案，可以实现井组的日累计总产量基本稳定，而耗电量大幅度下降的效果。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。

附图说明

图1示出为本发明提供的调度方法流程图；

图2示出为油井的动液面产液量变化曲线。

图3示出为实施例1中WXX-013关井恢复时序示功图；

图4示出为实施例1中WXX-013开井生产时序示功图；

图5示出为实施例1中WXX井群错峰开井调度方案甘特图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐明本发明。

本发明提供了一种丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度方法，所述的方法包括以最低能耗为目标函数，以单井的产量变化、产量递减、日累计产量和运行时间，以及多井的总产量和运行状态数量作为约束条件，将井群的调度优化问题描述为混合整数非线性规划模型，经线性化转化为混合整数线性规划模型，再编程求解，得到错峰开井间抽调度方案。

结合图1所示，所述的方法具体包括以下步骤：

(1)建立模型；

以最低能耗为目标函数，在调度时间内，同时满足单井间抽和多井错峰的生产约束条件和调度约束条件；

其中，目标函数为：

目标函数Z用能耗R_w与时间的乘积U_w,t来表示，调度总时间为24小时，考虑到抽油机的频繁的开关可能会对设备造成损伤，因此假设最小调度单元为2个小时，则总调度时间内共有12个离散时间单元。

其中，对于生产约束条件，

单井产量变化约束：

油井开井生产时，产量Q_w,t随时间下降，产量与时间成对数关系。油井关井时动液面随时间上升，即沉没度的恢复，油井关井时沉没度的恢复可以看作油井关井时产能恢复。研究表明，恢复沉没度曲线与时间成指数变化规律。如图2所示。由图2的曲线可知，产量下降期和产能恢复期的曲线变化可以近似看作线性，因此在后续的建模中以线性变化率来描述开井生产时产量的递减和关井恢复时产能的恢复。

单井产量递减约束：

油井开井时，产量随时间递减，当产量下降到某一下界K_w，产量不再满足生产要求，此时就要求关井恢复。

单井总产量约束：

油井在总调度时间内的累计产量必须大于该井要求的最低产量X_w，一般要求间抽后的日累计产量与间抽前基本保持一致。

井群总产量约束：

井群在调度时间内的总产量必须大于要求的最低产量L。

对于调度约束条件，

单井运行时间约束：

油井在总调度时间内的开井时间必须大于最低要求的开井时间Dt_min，小于最大允许开井时间Dt_max，一般要求每口井每天必须开井且不能24小时开井。

井群运行状态约束：

在对井群实现间抽调度时，若存在大量的丛式井同时开井或者关井都会对生产产生不利的影响，因此对大规模低效井群进行错峰开井约束。该约束表示为在任意时间油井的开井数量不能小于要求的最小开井数量Omin，不能大于要求的最大开井数量Omax。

其中，w：油井；t：离散时间；W：油井集合；T：离散时间集合；Z：调度总能耗；R_w：油井w开井时每小时耗电量；U_w,t：抽油机w在t时间是否开井，0-1变量；Q_w,t：井w在t时间的产量；V_w：油井w开井时的产量递减率；Va_w：油井w关井时的产能恢复速率；K_w：油井w的产量下界；X_w：最低单井累计日产量；L：井群的最低产量；Dt_min：每口井每天最低开井时间；Dt_max：每口井每天最大开井时间；O_min：任意时间井群同时开井数量的最小值；O_max：任意时间油井开井数量的最大值；

(2)对步骤(1)建立的模型进行线性化转化；

上述的约束(4)、(5)涉及双线性项，其中Q_w,t为连续变量，U_w,t为0-1变量，为了消除双线性项，引入连续非负辅助变量AQ_w,t，用于替代Q_w,t与U_w,t的乘积；由变量属性可知Q_w,t∈[0，k)，引入常系数k，k是连续变量Q_w,t的右边界，此时k可以取最大采液量，添加如下辅助约束：

AQ_w,t≤kU_w,t (8)

AQ_w,t≤Q_w,t (9)

AQ_w,t≥Q_w,t-k(1-U_w,t) (10)

0≤AQ_w,t≤k (11)

约束(4)、(5)即变为：

(3)对步骤(2)的模型进行求解，具体包括以下步骤：

(3.1)设置调度起始时间，此时刻起井群进入调度流程；

(3.2)获取调度油井的生产状态参数；

(3.3)输入油井的调度参数，包括各井的最低开井时间，最低要求产量，各井的产量递减下界，井群的最低要求产量，井群内各时间要求的最大最小开关井数量；

(3.4)运行模型，输出井群调度时间内的最低能耗、调度时间内井群的错峰间抽制度、各时间各油井的产量，调度井群总产量。

步骤(3.2)中，获取调度油井生产状态参数的方法是对其进行生产测试，获取油井的示功图，并根据示功图获取单井的初始产量、产能恢复速率和产量递减速率。具体的，以每隔2个小时开井采集一次示功，记录不同时刻的示功图，根据示功图计算的产量除以关井的时间即得到产能的恢复速率Va_w；油井充分关井后开井生产，记录不同时刻的示功图，根据示功图计算的产量除以开井生产的时间即得到产量递减率V_w。

本发明中，对于间抽井选井原则为，现有设备最小运行参数下仍然达不到供、采协调的井；产液量小于3m³/d、泵效小于30％的抽油机井。

以下通过具体的实施例对本发明提供的调度方法做出具体的说明。

选取了某油田丛式井组WXX进行仿真对比计算。该井组有10口抽油机井，未优化前各井的工作制度根据现场经验制定，调度优化前井群累计日产量为17.43m³/d，总耗电量689.7kW·h/d。各井的生产数据见表1。

表1井组优化前的生产数据

为了获取调度必须的数据，需要对油井进行生产测试。以WXX-013井为例，选取某个时刻，获取该时刻的WXX-013井示功图，计算该时刻的油井的产量Q_w,t。该井关井时，动液面恢复，每隔2个小时开井采集一次示功图，时序示功图如图3所示，根据示功图可以不同时刻的产量，可以计算出产能恢复速率Va_w。该井开井生产后，每隔2个小时获取一次示功图，见图4。根据生产时示功图计算的产液量可以计算出产量递减率V_w。其他井同理，计算结果见表2。

表2各井调度单元时段产量和变化率

将模型用程序编写，运行计算。输入井群调度参数，参与调度的油井10口，调度周期24小时，分为12个调度单元，每个调度单元2小时，为使输油管线不冻堵且抽油泵不会出现空抽，根据某油田生产规定，确定任意时间井群必须的最小开井数量为4口，允许的最大开井数量为8口，如表3所示。

根据各井的生产数据确定产量递减下界K_w，单井累计日产量X_w以及运行能耗R_w。根据油田生产需求，确定最低要求的开井时间Dt_min和最大允许开井时间Dt_max，如表4所示。

表3井群调度参数数值表

表4单井调度参数数值表

运行程序，求解得到WXX井组井群错峰开井调度方案，见图5。调度时间内的最低耗电量为414.17kW·h/d。

表5列出了调度时间内各油井的工作状态，数字1-12代表将一天24小时分为12个时间段，每个时间段2小时。例如，油井WXX-013在第一个时间段U_w,t＝0，第二个时间段U_w,t＝1表示在最开始的2个小时，油井WXX-013处于关井状态，在之后的2小时，油井WXX-013处于开井采液状态。

表5油井调度时间内的开关井状态

将表5的数据绘成各油井间抽调度甘特图，如图5所示。以油井WXX-0273为例，假设从早上8:00开始算起，油井WXX-0273在08:00-12:00开井采液，12:00-14:00关井恢复，14：00-16:00开井采液，16:00-18:00关井恢复，18:00-00:00开井采液，00:00-02:00关井恢复，2:00-06:00开井采液，06:00-08:00关井恢复，由此完成一天的间抽调度，其他井同理。该图表示了各油井的在调度时间内的开关井状态以及井群的错峰情况，即任意时刻井群内开井数量和关井数量满足模型约束。

表6是各油井产量随时间变化的数据，并将表6中数据绘制成折线图，得到单井间抽制度方案，利用实线表示油井开井采液，产量随时间下降；虚线表示油井关井，产能恢复，产能随时间上升。通过折线图可以反映各油井在调度时间内的间抽制度，以及在该制度下各油井的生产状况即开抽时产量和关井时产能恢复情况。各油井24小时内的日累计产量见表7。调度优化后井群的总产量17.52m³/d。

表6各油井产量随时间变化

表7 WXX井组单井优化后的日累计产量

基于上述实施例可以看出，根据模型制定的错峰开井间抽优化调度方案，可以实现井组的日累计总产量基本稳定，而耗电量大幅度下降的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度方法，其特征在于，所述的方法包括以最低能耗为目标函数，以单井的产量变化、产量递减、日累计产量和运行时间，以及多井的总产量和运行状态数量作为约束条件，将井群的调度优化问题描述为混合整数非线性规划模型，经线性化转化为混合整数线性规划模型，再编程求解，得到错峰开井间抽调度方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法具体包括以下步骤：

(1)建立模型；

以最低能耗为目标函数，在调度时间内，同时满足单井间抽和多井错峰的生产约束条件和调度约束条件；

其中，目标函数为：

其中，对于生产约束条件，

单井产量变化约束：

单井产量递减约束：

单井总产量约束：

井群总产量约束：

对于调度约束条件，

单井运行时间约束：

井群运行状态约束：

其中，w：油井；t：离散时间；W：油井集合；T：离散时间集合；Z：调度总能耗；R_w：油井w开井时每小时耗电量；U_w,t：抽油机w在t时间是否开井，0-1变量；Q_w,t：井w在t时间的产量；V_w：油井w开井时的产量递减率；Va_w：油井w关井时的产能恢复速率；K_w：油井w的产量下界；X_w：最低单井累计日产量；Dt_min：每口井每天最低开井时间；Dt_max：每口井每天最大开井时间；O_min：任意时间井群同时开井数量的最小值；O_max：任意时间油井开井数量的最大值；

(2)对步骤(1)建立的模型进行线性化转化；

引入连续非负辅助变量AQ_w，t，用于替代Q_w，t与U_w，t的乘积；由变量属性可知Q_w，t∈[0，k)，引入常系数k，k是连续变量Q_w，t的右边界，此时k可以取最大采液量，添加如下辅助约束：

AQ_w，t≤kU_w，t (8)

AQ_w，t≤Q_w，t (9)

AQ_w，t≥Q_w，t-k(1-U_w，t) (10)

0≤AQ_w，t≤k (11)

约束(4)、(5)即变为：

(3)对步骤(2)的模型进行求解，具体包括以下步骤：

(3.1)设置调度起始时间，此时刻起井群进入调度流程；

(3.2)获取调度油井的生产状态参数；

(3.3)输入油井的调度参数，包括各井的最低开井时间，最低要求产量，各井的产量递减下界，井群的最低要求产量，井群内各时间要求的最大最小开关井数量；

(3.4)运行模型，输出井群调度时间内的最低能耗、调度时间内井群的错峰间抽制度、各时间各油井的产量，调度井群总产量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(3.2)中，获取调度油井生产状态参数的方法是对其进行生产测试，获取油井的示功图，并根据示功图获取单井的初始产量、产能恢复速率和产量递减速率。

4.一种丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度程序；

处理器，用于执行所述的调度程序以实现如权利要求1-3任意一项所述的方法。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述的计算机可读存储介质上存储有丛式井场抽油机井群错峰开井间抽运行调度程序，所述的调度程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任意一项所述的方法。

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