CN116658134B - 基于电参的智能间抽方法 - Google Patents

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CN116658134B CN202310906523.1A CN202310906523A CN116658134B CN 116658134 B CN116658134 B CN 116658134B CN 202310906523 A CN202310906523 A CN 202310906523A CN 116658134 B CN116658134 B CN 116658134B
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/12—Methods or apparatus for controlling the flow of the obtained fluid to or in wells
    • E21B43/121—Lifting well fluids

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Abstract

本发明提出了一种基于电参的智能间抽方法，包括：三个阶段：间抽摸索阶段、稳定间抽阶段和修正阶段，记录每次停机前和停机后的M1和M2，并记录在特征值列表中，根据特征值列表中的M1和M2值计算各个时刻的综合指标m的值；计算相邻时刻的两个m之间的变化速度，记为恢复速度v_rec，记录在恢复速度列表；连续运行直至m=0，每隔预设区间记录一次m的值，计算各个预设区间下的下降速度v_dec，记录到下降速度列表；对恢复速度列表中的各个恢复速度v_rec和下降速度列表中的各个下降速度v_dec进行分析，根据分析结果设置开机时长和停机时长，形成间抽制度；抽油机以间抽制度，按照设置的开机时长和停机时长持续工作；在运行的过程中对间抽制度进行调整。

Description

基于电参的智能间抽方法
技术领域
本发明涉及油田采油技术领域，特别涉及一种基于电参的智能间抽方法。
背景技术
我国石油工业面临低产、低效和高能耗的发展瓶颈（低产指平均单井产量仅有1.5t/d，且逐年降低，老油田稳产难度大；低效指平均泵效约40%，平均系统效率仅约24.4%；高能耗指举升系统能耗占油田总能耗约43%）。低产井（日产小于5m3井数）占比达50%，这些低产井的空抽现象普遍，空抽使泵效和系统效率严重不足，浪费了大量能源，同时使设备磨损，导致维护费用增加和使用寿命缩短。
低产井高效开采已经逐渐成为油田发展所面临的难题，在全球性长期低油价环境下，低产井的生产运行综合成本问题越发凸显。当前可供低产井选择的采油方式有两种：一是采用小泵径、短冲程、低冲次的连续运行工作制度采油，即使采用最小参数运行仍然普遍油井供液不足，不能实现供排协调，空抽现象仍然存在。二是人工控制下的间抽采油方式（刘合等，2000），但是由于执行间抽采油需要增加工人劳动强度，停机过久、过频导致油井蜡堵、动液面不稳定甚至重启困难，导致管理难度大、间抽制度无法精确执行，间抽停机过久降低产量等问题，限制了该技术优势的发挥。因此现场开展了停泵不停机间歇采油技术试验应用（郑思成，2018），该技术满足了安全无人工启动操作、无启动冲击、降低能耗的要求，同时可有效提高油井产能，确保油井长期高效运行。
然而已有的不停机间抽方案多是现场工程师根据经验制定，尚没有合理的理论指导不停机间抽优化生产。如果不停机间抽频率太快，仍会相对产生空抽和高能耗现象，增加生产成本；如果不停机间抽频率太慢，则会使产量减少，降低经济效益。因此，以供采平衡和效益最大化为目标，寻求最佳间抽周期，建立一套不停机间抽方案智能优化方法，对我国石油开采实现降本增效具有重要的意义。
中石油各油田正在沿着物联网+大数据方向发展，已经积累并将继续产生海量的生产数据，数据的利用价值多停留在统计与回归分析层面，海量数据蕴含的内在规律和预测价值远远没有得到挖掘，开发与应用新技术对油气井数据价值进行深度挖掘十分紧迫。
目前间抽制度主要根据以下四个指标中的一个或两个进行调整，分别是：动液面、沉没度、泵效、产量。目前，运用这四种指标的分析方法已经在生产实际中进行了充分的验证，验证了智能间抽在节能增产方面的重要作用。然而，目前的间抽制度存在着以下几个方面的缺陷：
1）动液面、沉没度、泵效、产量等数据计算难度大，极度依赖安装功图采集仪等硬件进行数据采集；
2）功图采集仪等设备安装成本高，安装繁琐；
3）功图采集仪一般间隔半小时采集传输一次数据，灵活度低，难以满足智能间抽对于数据的要求；
4）间抽制度多依赖于经验数据或者单张功图的数据，无法根据不同油井进行单体优化。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于电参的智能间抽方法。
为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于电参的智能间抽方法，包括三个阶段：间抽摸索阶段、稳定间抽阶段和修正阶段，其中，
（1）间抽摸索阶段：
S1,抽油机持续抽油工作，当检测到充满度出于下限位置时，采集当前时刻的功率数据特征值M1和M2，其中，后单周期中半个周期最大值出现的时间，记为M1；将单周期功率进行快速傅里叶变换，转换成频谱图，2Hz对应的幅值记为M2；
S2，停机第一预设时长，等待充满度恢复至预设程度后开机运行两个周期，并记录当前时刻运行的M1和M2；
S3，判断步骤S2中计算得到的M1和M2的值，与步骤S1中计算得到的M1和M2进行对比，如果变化差值小于预设变化率，则表明当前充满度已经接近上限，执行步骤S4；如果变化差值等于或大于预设变化率，则返回步骤S2；
S4，通过上述步骤S1至S3记录每次停机前和停机后的M1和M2，并记录在特征值列表中，根据所述特征值列表中的M1和M2值计算各个时刻的综合指标m的值；计算相邻时刻的两个m之间的变化速度，记为恢复速度v_rec，记录在恢复速度列表；
S5，连续运行直至m = 0，每隔预设区间记录一次m的值，计算各个预设区间下的下降速度v_dec，记录到下降速度列表；
S6，对所述恢复速度列表中的各个恢复速度v_rec和所述下降速度列表中的各个下降速度v_dec进行分析，根据分析结果设置开机时长和停机时长，形成间抽制度；
（2）稳定间抽阶段：
所述抽油机以所述间抽制度，按照设置的开机时长和停机时长持续工作；
（3）修正阶段：
在运行的过程中对间抽制度进行调整，在运行过程中始终计算综合指标m的值，如果综合指标m的值超出100%或者小于0%，则对启停时间进行微调，以保证间抽下的产量。
进一步，在所述步骤S6中，比较恢复速度列表中v_rec的值，当第i个值小于初始速度10%时恢复速度已经很慢，设置停机时间为p分钟，其中，p的时长为i倍的所述第一预设时长。
进一步，在所述步骤S6中，比较下降速度列表各个v_dec的值，当第j个值小于初始速度10%时下降速度已经很慢，设置开机时间为t分钟，其中，t的时长为j倍的所述预设区间。
进一步，所述第一预设时长为8分钟~15分钟；
所述预设变化率为3%~8%，其中，所述预设变化率的数值与产量要求相关，当产量要求越高时，所述预设变化率的数值越小；
所述预设区间为3~10分钟。
进一步，所述抽油机与服务器或边缘端设备远程通信，接收远程控制指令以实现对抽油机的远程启停，实现智能间抽。
进一步，在所述步骤S4中，计算所述综合指标m值，包括如下步骤：
首先，计算特征值列表M1的最大值M1_max和最小值M1_min;
然后,将计算后的M1和M2的值记录在列表中，分别计算指标m1和指标m2；
m1 = （M1_u – M1_min）/ (M1_max – M1_min)
m2 = （M2_u – M2_min）/ (M2_max – M2_min)
其中，M1_i为待计算周期u对应的M1；M2_i为待计算周期u对应的M2；
最后，采用平均值法和高低选择法，根据所述指标m1和指标m2计算综合指标m值。
进一步，采用平均值法计算综合指标m值，包括如下步骤：
计算m1和m2的平均值，即
m = （m1 + m2）/2。
进一步，采用高低选择法计算综合指标m值，包括如下步骤：
其中，充满度低时用最大值索引对应的指标m1，充满度高时用频域2Hz幅值对应的指标m2。
进一步，所述平均值法和高低选择法作为互补算法，在计算综合指标m的过程中互相补充使用。
进一步，每隔三个月进行一次重新摸索计算间抽制度，以应对油层状态的变化。
根据本发明实施例的基于电参的智能间抽方法，提出了反映充满度的电参综合指标m的计算方法，依靠电功率进行间抽制度摸索，并且实现在间抽过程中进行间抽制度微调与校正。本发明的基于电参的智能间抽方法相对于现有技术，具有以下有益效果：
（1）本方案仅需要电功率数据就可以进行间抽制度的计算，简化了计算方法；
（2）不再需要载荷位移数据计算充满度，取代了功图采集仪的功能，简化了系统组成，降低了建设成本；
（3）采用单周期三相电实时功率计算出的综合指标m与抽油机泵充满度的线性关系，通过功率数据直接判断泵充满度情况，不需要示功图的参与，大大降低了间抽的复杂程度，对于不配备功图采集仪的油井同样可以适用。现有的功图采集仪30分钟计算一次，本发明电参数据却是实时采集的，从而大大增加了计算的精确度和灵活度；
（4）根据每口井的充满度恢复速度和下降速度计算出唯一的间抽制度，相对于传统的间抽计算方法更能适应不同井的油藏情况，保证产量的效果更加突出。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于电参的智能间抽方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的基于电参的智能间抽方法的示意图；
图3为根据本发明实施例的油井数据的时间功率图；
图4为根据本发明实施例的6种拟合方式的预测充满度还原程度示意图；
图5为根据本发明实施例的平均值法的预测充满度还原程度的示意图；
图6为根据本发明实施例的高低选择法的预测充满度还原程度的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提出一种基于电参的智能间抽方法，该方案采用单周期三相电实时功率计算出的综合指标m与抽油机泵充满度的线性关系，通过功率数据直接判断泵充满度情况，不需要示功图的参与，大大降低了间抽的复杂程度，对于不配备功图采集仪的油井同样可以适用。
如图1所示，本发明实施例的基于电参的智能间抽方法，包括包括三个阶段：间抽摸索阶段、稳定间抽阶段和修正阶段。
具体的，经过充分的实测数据验证，验证了泵充满度与电参数综合指标m之间存在线性关系，通过计算电参数综合指标m，可以判断充满度的变化情况。本方法将间抽制度分为三个阶段：间抽摸索阶段、稳定间抽与修正阶段。
（1）间抽摸索阶段：
参考图2所示，间抽摸索阶段是通过程序给定初始间抽制度，在间抽过程中，算法通过电参数据采集设备传输回来数据进行间抽停机和开机时间的摸索，间抽摸索阶段主要有以下步骤：
S1,抽油机持续抽油工作，当检测到充满度出于下限位置时，采集当前时刻的功率数据特征值M1和M2，其中，后单周期中半个周期最大值出现的时间，记为M1；将单周期功率进行快速傅里叶变换，转换成频谱图，2Hz对应的幅值记为M2。
具体的，对于非间抽井，充满度已经处于下限位置（例如充满度为20%时），通过单周期功率数据特征值M1和M2的下限；对于间抽井，程序对其下指令连续抽至特征值M1和M2基本不变时，记录最小M1和M2。
S2，停机第一预设时长，等待充满度恢复至预设程度后开机运行两个周期，并记录当前时刻运行的M1和M2。
在本发明的实施例中，第一预设时长为8分钟~15分钟。优选的，第一预设时长为10分钟。
S3，判断步骤S2中计算得到的M1和M2的值，与步骤S1中计算得到的M1和M2进行对比，如果变化差值小于预设变化率，则表明当前充满度已经接近上限，执行步骤S4；如果变化差值等于或大于预设变化率，则返回步骤S2。
在本发明的实施例中，预设变化率为3%~8%，其中，预设变化率的数值与产量要求相关，当产量要求越高时，预设变化率的数值越小。
优选的，预设变化率为5%。
具体来说，判断M1和M2是否已经接近上限，如果M1和M2的变化相比于前一步的M1和M2大于5%，则回到步骤S2进行继续摸索；如果变化小于5%，说明充满度已经接近上限，充满度恢复速度已经很缓慢，跳出循环进入下一步。
设步骤S2中计算得到的M1和M2的值为Mn，步骤S1中计算得到的M1和M2为Mn-1，
当Mn/Mn-1<1.05，到达上限停止，记录Mmax，即记录M1和M2的最大值。
S4，通过上述步骤S1至S3记录每次停机前和停机后的M1和M2，并记录在特征值列表中，根据特征值列表中的M1和M2值计算各个时刻的综合指标m的值。
具体的，计算综合指标m值，包括如下步骤：
图3为不同时间下的油井数据的时间功率图。经过实测油井数据分析，功率会根据油井充满度有规律地变化，如图4所示，因此选择了时域和频域共6个特征值进行了线性度拟合计算，分别是功率与x轴围成地面积、功率图下冲程最小值出现的位置（最小值索引）、功率图下冲程最大值出现的位置（最大值索引）、频域1Hz的幅值、频域2Hz的幅值、频域3Hz的幅值。用大量数据验证了其中两组数据与充满度具有较好的线性度关系（如图5所示），为最大值索引和2Hz幅值。
电参采集单一周期数据是从下死点开始的，这依赖于下死点判断方法，目前采集设备已经具备这种功能。最大值索引即后半个周期最大值出现的时间（单周期），记为综合指标M1；将单周期功率进行快速傅里叶变换，转换成频谱图，2Hz对应的幅值记为M2。通过python代码将计算后的M1和M2的值记录在列表中，分别计算指标m1和指标m2。
首先，计算特征值列表M1的最大值M1_max和最小值M1_min;
然后,将计算后的M1和M2的值记录在列表中，分别计算指标m1和指标m2；
m1 = （M1_u – M1_min）/ (M1_max – M1_min)
m2 = （M2_u – M2_min）/ (M2_max – M2_min)
其中，M1_i为待计算周期u对应的M1；M2_i为待计算周期u对应的M2。
最后，采用平均值法和高低选择法，根据指标m1和指标m2计算综合指标m值。
1）平均值法
采用平均值法计算综合指标m值，包括如下步骤：
计算m1和m2的平均值，即
m = （m1 + m2）/2。
2）高低选择法
充满度较低时用最大值索引，充满度较大时用频域2Hz幅值，从图中可以看出，充满度低于50%时最大值索引拟合性更好，而充满度大于50%时2Hz幅值拟合性更好：
采用高低选择法计算综合指标m值，包括如下步骤：
其中，充满度低时用最大值索引对应的指标m1，充满度高时用频域2Hz幅值对应的指标m2。
在本发明的实施例中，平均值法和高低选择法作为互补算法，在计算综合指标m的过程中互相补充使用。
如图6所示，平均值法和高低选择法拟合方法较为接近，作为互补算法来减小数据误差，保证数据计算的正确性。
图5和图6为用数据验证特征值拟合充满度的还原情况，cmd_pre为通过示功图计算的充满度，另一条为特征值拟合的充满度。
计算相邻时刻的两个m之间的变化速度，记为恢复速度v_rec，记录在恢复速度列表。
S5，连续运行直至m = 0，每隔预设区间记录一次m的值，计算各个预设区间下的下降速度v_dec，记录到下降速度列表。
在本发明的实施例中，预设区间为3~10分钟。优选的，预设区间为5分钟。即，每5分钟记录一次m的值，计算综合指标下降速度v_dec。
S6，对恢复速度列表中的各个恢复速度v_rec和下降速度列表中的各个下降速度v_dec进行分析，根据分析结果设置开机时长和停机时长，形成间抽制度。
具体的，结算相邻两个m之间的变化速度，记为恢复速度v_rec，比较列表中v_rec的值，当第i个值小于初始速度10%时恢复速度已经很慢，设置停机时间为p分钟，其中，p的时长为i倍的所述第一预设时长。比较列表中下降速度v_dec的值，当第i个值小于初始速度10%时下降速度已经很慢，设置开机时间为t分钟，其中，t的时长为j倍的所述预设区间，可以保证产量的情况下最大化节能效果。然后根据设置的开机时间和停机时间，形成间抽制度。
即，根据恢复速度v_rec和下降速度v_dec，在速度变化分别小于0.1倍的初始速度时，将该点时间设置为开机时长与停机时长
需要说明的是，本发明可以每隔三个月进行一次重新摸索计算间抽制度，以应对油层状态的变化。
（2）稳定间抽阶段：
抽油机以上述优化后的间抽制度，按照设置的开机时长和停机时长持续工作。
（3）修正阶段：
在运行的过程中对间抽制度进行调整，在运行过程中始终计算综合指标m的值，如果综合指标m的值超出100%或者小于0%，则对启停时间进行微调，以保证间抽下的产量。
具体的，在运行的过程中对工作制度进行调整。由于抽油机工作条件的特殊性，为保证安全与不宜频繁对工作制度进行更改。该阶段在运行过程中始终计算综合指标m的值，如果m超出100%或者小于0%，则对启停时间进行微调，以保证间抽下的产量；每隔三个月进行一次重新摸索计算，以应对油层状态的变化。
需要说明的是，本发明提供的方法的应用基于智能间抽硬件的支持，抽油机与服务器或边缘端设备远程通信，接收远程控制指令以实现对抽油机的远程启停，实现智能间抽。在此基础上，只需调用该方法即可实现智能间抽制度的计算。
根据本发明实施例的基于电参的智能间抽方法，提出了反映充满度的电参综合指标m的计算方法，依靠电功率进行间抽制度摸索，并且实现在间抽过程中进行间抽制度微调与校正。本发明的基于电参的智能间抽方法相对于现有技术，具有以下有益效果：
（1）本方案仅需要电功率数据就可以进行间抽制度的计算，简化了计算方法；
（2）不再需要载荷位移数据计算充满度，取代了功图采集仪的功能，简化了系统组成，降低了建设成本；
（3）采用单周期三相电实时功率计算出的综合指标m与抽油机泵充满度的线性关系，通过功率数据直接判断泵充满度情况，不需要示功图的参与，大大降低了间抽的复杂程度，对于不配备功图采集仪的油井同样可以适用。现有的功图采集仪30分钟计算一次，本发明电参数据却是实时采集的，从而大大增加了计算的精确度和灵活度；
（4）根据每口井的充满度恢复速度和下降速度计算出唯一的间抽制度，相对于传统的间抽计算方法更能适应不同井的油藏情况，保证产量的效果更加突出。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种基于电参的智能间抽方法，其特征在于，所述基于电参的智能间抽方法包括三个阶段：间抽摸索阶段、稳定间抽阶段和修正阶段，其中，
间抽摸索阶段：
S1,抽油机持续抽油工作，当检测到充满度出于下限位置时，采集当前时刻的功率数据特征值M1和M2，其中，后单周期中半个周期最大值出现的时间，记为M1；将单周期功率进行快速傅里叶变换，转换成频谱图，2Hz对应的幅值记为M2；
S2，停机第一预设时长，等待充满度恢复至预设程度后开机运行两个周期，并记录当前时刻运行的M1和M2；
S3，判断步骤S2中计算得到的M1和M2的值，与步骤S1中计算得到的M1和M2进行对比，如果变化差值小于预设变化率，则表明当前充满度已经接近上限，执行步骤S4；如果变化差值等于或大于预设变化率，则返回步骤S2；
S4，通过上述步骤S1至S3记录每次停机前和停机后的M1和M2，并记录在特征值列表中，根据所述特征值列表中的M1和M2值计算各个时刻的综合指标m的值；计算相邻时刻的两个m之间的变化速度，记为恢复速度v_rec，记录在恢复速度列表；
S5，连续运行直至m = 0，每隔预设区间记录一次m的值，计算各个预设区间下的下降速度v_dec，记录到下降速度列表；
S6，对所述恢复速度列表中的各个恢复速度v_rec和所述下降速度列表中的各个下降速度v_dec进行分析，根据分析结果设置开机时长和停机时长，形成间抽制度；
（2）稳定间抽阶段：
所述抽油机以所述间抽制度，按照设置的开机时长和停机时长持续工作；
（3）修正阶段：
在运行的过程中对间抽制度进行调整，在运行过程中始终计算综合指标m的值，如果综合指标m的值超出100%或者小于0%，则对启停时间进行微调，以保证间抽下的产量。
2.如权利要求1所述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，在所述步骤S6中，比较恢复速度列表中v_rec的值，当第i个值小于初始速度10%时恢复速度已经很慢，设置停机时间为p分钟，其中，p的时长为i倍的所述第一预设时长。
3.如权利要求1所述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，在所述步骤S6中，比较下降速度列表各个v_dec的值，当第j个值小于初始速度10%时下降速度已经很慢，设置开机时间为t分钟，其中，t的时长为j倍的所述预设区间。
4.如权利要求1所述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，
所述第一预设时长为8分钟~15分钟；
所述预设变化率为3%~8%，其中，所述预设变化率的数值与产量要求相关，当产量要求越高时，所述预设变化率的数值越小；
所述预设区间为3~10分钟。
5.如权利要求1所述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，所述抽油机与服务器或边缘端设备远程通信，接收远程控制指令以实现对抽油机的远程启停，实现智能间抽。
6.如权利要求1所述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，在所述步骤S4中，计算所述综合指标m值，包括如下步骤：
首先，计算特征值列表M1的最大值M1_max和最小值M1_min;
然后,将计算后的M1和M2的值记录在列表中，分别计算指标m1和指标m2；
m1 = （M1_u – M1_min）/ (M1_max – M1_min)
m2 = （M2_u – M2_min）/ (M2_max – M2_min)
其中，M1_u为待计算周期u对应的M1；M2_u为待计算周期u对应的M2；
最后，采用平均值法和高低选择法，根据所述指标m1和指标m2计算综合指标m值。
7.如权利要求6所述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，采用平均值法计算综合指标m值，包括如下步骤：
计算m1和m2的平均值，即
m = （m1 + m2）/2。
8.如权利要求6所述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，采用高低选择法计算综合指标m值，包括如下步骤：
；
其中，充满度低时用最大值索引对应的指标m1，充满度高时用频域2Hz幅值对应的指标m2。
9.如权利要求6所述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，所述平均值法和高低选择法作为互补算法，在计算综合指标m的过程中互相补充使用。
10.如权利要求1述的基于电参的智能间抽方法，其特征在于，每隔三个月进行一次重新摸索计算间抽制度，以应对油层状态的变化。
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