基于电参数和示功图信息融合的油井工况诊断算法

设计了一种基于电参数和示功图信息融合的综合工况诊断算法,实现了抽油井工况的准确、高效诊断。基于数据字典技术、机器深度学习和信息融合技术,首先使用抽油机电参数法进行快速匹配,无法精准诊断工况时引入示功图方法,充分发挥抽油机电参数法的快速性和抽油井示功图法的准确性优势,融合多种信息进行综合判断;在对示功图进行深度学习过程中,改进了网络模型使其轻量化,使其适用于嵌入式硬件环境。新算法识别判断过程快速、稳定,识别结果准确、可靠,大大提高了抽油井工作效率。

抽油机井系统动态实时分析模型

针对传统示功图测试方法的不足,根据电机直接转矩控制理论和抽油机运动学、动力学原理,建立抽油机井系统动态实时分析模型。该模型根据油井实测电流、电压计算电机的输出扭矩,结合抽油机动力传递过程和减速箱的平衡原理,计算减速箱的净扭矩和油井负荷扭矩,根据抽油机的扭矩因数,计算得到光杆示功图。实例分析表明,油井电参数测量是一种高精度可靠的测量手段,利用所建模型计算得到的扭矩曲线及示功图与现场实际资料吻合较好,很好地反映了抽油机井的运行状况,可实现油井系统动态实时分析。

不停机间抽装置电参示功图现场应用试验

针对目前油田现场采用光杆动力仪测试抽油机井示功图存在测试成本高、现场工人劳动强度大、泵况诊断不及时等问题,开展了不停机间抽装置电参示功图在线测试技术现场应用试验。现场采集不停机间抽装置基于抽油机井运行过程中的电流、电压、功率因数等电参数计算出的电参示功图,并将其与测试队常规测试功图对比,验证了电参示功图的准确性;经厂家标定后,在工频状态下采集不停机间抽装置基于电参示功图计算的日产液量,并将其与计量间玻璃管量油值对比,验证了电参示功图计产的准确性。现场跟踪了299井次,电参示功图与常规测试功图的平均形状符合率达87.63%;电参示功图计产现场试验了9口井,其中8口井误差在20%以内,占试验井数的88.89%。现场应用表明,不停机间抽装置电参示功图与常规测试功图的形状符合度较高,可以代替目前常规测试功图,并且基于电参示功图计算的油井日产液量基本准确。

新型数字化抽油机的研制与应用

为了实现油田规模化经济开发,研制了新型数字化抽油机。该抽油机在调径变矩抽油机基础上增加了移动式平衡调节机构和智能控制系统,具有自动调节、手操电动、人工调节3种平衡调节方式,可同步采集油井示功图与电参数、定时分析判定和自调抽油机平衡、冲次等参数,使得抽油机在最佳工况下安全平稳运行。现场同井、同机等条件下5口油井的测试结果表明,新型数字化抽油机平均系统效率提高了6个百分点,平均节电率为18%。该抽油机的成功开发满足油田数字化建设和油井生产运行的需要,具有良好的推广应用前景。

利用电机工作参数预测油井动液面深度的研究

为寻求一种可靠预测油井液面深度的方法,结合抽油机电机工作参数、抽油机结构及油井液面计算理论,建立电参数反推油井液面深度数学模型。以油井实测电参数、悬点示功图、动液面深度进行验证。结果表明:理论示功图与实测功图面积误差为8.16%,上冲程平均载荷相对误差为1.37%,下冲程平均载荷误差为3.48%,最大载荷相对误差约为2.76%,最小载荷相对误差约为8.802%,动液面深度误差不超过10%。研究成果为油井实时调参提供了理论与试验基础。

抽油机示功图电参一体化同步采集器的研制

抽油机功图与电参同步采集是智能化油田井场数据监控的关键技术。针对油田抽油机示功图与电参同步采集需求,研制了抽油机示功图电参一体化同步采集器,采用ZigBee自组网和MSP430单片机为控制器,设计示功图电参同步采集算法,确保抽油机示功图与电参数据实时同步采集。通过在油田测试,示功图电参一体化同步采集器能完成抽油机上、下冲程同一个周期内同步采集示功图和电流、电功率数据,实时、准确地反映抽油机运行状态,实现油井工况异常诊断、抽油机故障监控及油井的产液准确计量,在数字化与智能化油田建设方面具有很好的应用前景。

电参示功图计产技术现场应用与分析

针对目前国内油田将井口产液输送到计量间进行集中计量存在应用装置多,工艺流程复杂,投资大,且不能适应油田数字化、信息化和自动化等方面要求的问题,依托我厂应用的电参转示功图技术,开展了电参功图计产现场应用试验。通过对比同一时刻的电参功图瞬时产液值和玻璃管量油值,分析电参功图计产的准确性。跟踪BS队油井80口,由于无电参功图瞬时产液值或电参功图异常等原因造成不具备对比条件的油井19口,实际参与统计油井61口,其中单井误差小于20%的井有33口井。对误差较大的井,经分析发现因计产程序识别有效冲程有误或程序所用冲程有误等原因造成电参功图瞬时产液量计算不准7口井;现场落实量油9口井(其中3口井为挂线井,采用合量对比),实际对比7组产液量数据,其中误差小于20%的有4组。综合考虑上述两方面因素影响后,预计有52口井误差在20%以内,占比85.25%,验证了电参示功图计产的准确性。

基于电参示功图技术的抽油机井智能优化运行

针对抽油机井参数调整效果预测方法不完善,提出了运用现代化的数字监测、智能分析等技术开展智能优化运行试验。通过智能精细调节冲次,实现单井最优冲次下,能耗最低、产量最大。某采油区块抽油机井液面两端分化严重,调参潜力巨大,通过自动优化运行调小参13口井节能率达22.47%,系统提高了7.68%;调大参3口井日产液量增加7.25 t,系统效率提高了15.1%。通过实践,泵的充满程度达到85%~90%区间,冲次最优、产量最大、能耗最低,同时提高了工作效率,是当前油气开发实现降本增效的重要手段。

基于电参数转示功图技术系统设计及应用

针对抽油机受周期性交变载荷,容易造成载荷传感器漂移、失真等问题,导致影响工况诊断结果,基于三相电参数反演示功图深度学习模型,固化在相应的计算模块中,并将其内嵌在设备中,并研发了三相电参采集、功率计算、深度学习模型系统集成、数据传输功能等模块,设计了一种基于电参数转示功图的设备。现场试验表明,电参数转示功图技术终端设备提高了示功图预测精度,可以逐步替换载荷传感器,实现无传感器低成本、高效率的油井数字化管理。

抽油机井电参转示功图技术应用分析

抽油机井示功图是用来判断抽油机井工况的重要手段之一,传统的拉线法功图测试需停机操作,工作量大、时效性低,不能满足实时分析需求。现有的数字化载荷传感器,能实现不停机实时采集功图,但设备数据漂移、持久供电、故障率高及设备标定等问题仍亟待完善。电参转功图是一种新的测量方法,即根据抽油机井电动机输入功率与光杆功率的能量守恒关系,以及光杆悬点与曲柄的运动位置关系,将电动机端实时电参数据转化成光杆悬点端示功图,进而实现工况分析诊断,实时发现并处理断脱漏失问题,减少抽油机井带病运行等无效耗能的同时,降低问题井对产量的影响,达到降本增效的目的。

基于电参数的工况诊断技术在A油田的应用

实现机采井生产数据自动化采集是油田数字化建设的必要要求。为能够自动采集示功图和动液面数据,基于电参数的工况诊断技术应运而生。该技术可以利用机采井电动机运行过程中的功率及转速等参数反演成电参示功图,再进一步根据电参示功图的载荷数据推算出动液面深度。同时该技术通过集成智能控制模块,可根据示功图饱满度对抽油机控制柜变频器发出调控指令,智能调节抽油机运行参数。为验证该技术的适应性,2021年A油田开展了现场试验。通过现场试验验证,该技术反演的示功图及动液面数据与人工测试数据对比,准确率分别达到了91.4%和88.6%,且通过对油井运行参数的自动化控制,有效改善油井供排关系,最大程度挖掘了生产潜力,降低了抽油机井举升单耗。

抽油机井精细调参技术现场试验与分析

针对某油田开发后期机采举升能耗高、供排关系不合理井数多等问题,依托电参示功图技术,开展了抽油机井精细调参技术研究与实践。首先依据气液两相流理论,建立抽油机井泵筒充满度数学模型,研究抽油机井冲次对泵筒充满度的影响。然后通过在配电箱中设置控制程序,开展抽油机井精细调参现场试验42口井,初步确定抽油机井优化运行的最佳充满度区间为85%~90%,并配套制定智能优化控制模式。在配套智能控制装置的抽油机井上,推广智能精细调参技术179口井,其中精细调小参井87口,节电率22.68%;在未配套智能控制装置的抽油机井上,开展人工精细调参现场试验10口井,节电率23.26%。现场应用结果表明,抽油机井精细调参技术对于实现抽油机井高效运行,进一步降低机采举升能耗具有重要意义。