油井生产分析优化专家系统研发及应用

抽油机井在线计量的原理
抽油机井在线计量的原理
“示功图法”计量关键技术是通过计算机模型成功地实 现了对泵功图的获取与识别，可以准确地确定凡尔的开启 、关闭四个关键点，描述出泵功图的关键点、关键线和关 键面积等的几何特征，计算出产液量，并且准确地运用几 何特征、矢量特征、神经网络方法实现对泵功图故障正确 诊断。
油井计量技术的发展方向
（1）向新技术方向发展 随着技术的进步及各种气体和液体流量计量新技术的广泛应用，油井
产量计量中必然越来越多地使用操作简单、及时方便的计量方法。 （2）向准确反映油井动态变化方向发展 我国油田多进入开发后期，需要准确及时地了解油井的生产状况，为
生产管理提供真实可信的数据，对能准确反映油井动态变化的要求必然越来 越高。
现场专家队伍
油田公司现场经验丰富的 专家
职能
PES开发方案设计、技术整合指导、以及 系统运行期间的技术咨询与方案审核
油田开发技术发展的追踪、新技术研发、 各项采油工程技术整合
系统软件程序的开发、调试及升级以及软 件与硬件接口的编制 根据PES的技术要求进行硬件系统的设计 与选择 PES现场验证及现场应用，并提供生产需 求
该技术的本质是通过泵功图来实现泵的有效排量计算， 泵功图故障正确诊断是油井工况分析的前提，正确的油井 工况诊断是油井产液量计算的基础。
抽油机井在线计量的原理
常见油井故障泵功图的几何特征主要表现在8个点、2 条线和3个面积上，如图所示。其中，固定凡尔、游动凡尔 的开启、关闭点的是判断的关键性指标。
抽油机井在线计量的原理
模式一：统一数据库、统一计算模式，该模式实现了各个自动化采集服务厂家 的统一数据库，建设统一的应用系统功能，如诊断、液量计算、系统损耗分析、 优化决策等等内容，该模式下无法保证数据的可靠度和准确性的一致。
青海油田数字化油田实施的设想及方案规划
模式二：统一数据库、统一解析服务器模式，该模式实现了各个自动化采集 服务厂家的统一数据库和统一解析服务器，建设统一的应用系统功能，该模式下 仍无法保证RTU一定适合于上位机，不能实现各个作业区数据的统一管理，上位 机由钻采院来做。
复杂
翻斗量油 较大
复杂
三相分离 计量
大
两相分离 计量
较大
复杂 复杂
远程计量
小
简单
建站 是
管线公 里数
长
成熟 程度 高
是
长
高
是
长
高
是
长
高
否
短
初期
维护 成本 较高 较高 高 较高 中
准确 度
一般
波动井 适应性
高气液 比
适应性
差
一般
功能 单一
一般
差
一般
单一
高
差
一般
单一
较高
差
一般
单一
一般
好
较好
强大
油井计量技术的发展
目前国内各油田采用的油井产量计量方法主要有：
玻璃管量油孔板测气：国内各油田普遍采用的传统方法，约占油
井总数的90%以上。该方法装备简单、投资少，但由于采用间歇量油的 方式来折算产量，导致原油系统误差为10% ～20%。
翻斗量油孔板测气：翻斗量油装置主要由量油器、计数器等组成
。一个斗装满时翻到排油，另一个斗装油，这样反复循环来累积油量。 这种量油装置结构简单，具有一定计量精度。
油井生产分析优化专家系统 研发及应用
主要内容
PES研发背景 技术目标及开发结构 主要功能及技术特色
现场应用情况 发展方向
研发背景
我国的一批学者开始了对整合各种新技术服务于油井生产总体目标的思考与实践。
研发背景
油气田自动化技术现状
研发背景
油气田自动化技术现状
研发背景
油气田自动化技术现状
研发背景
第二代方法：有效冲程法 该方法利用最小载荷所在位移与冲程的比值，或利用功图下冲程直线段为 有效冲程来计算油井产量。
以上方法致命缺点： （1）由于功图不规则性（比如功图下冲程是波动的），很难确定 准确的有效冲程。 （2）即使有效冲程是准确的，但影响泵排量的因素不只是有效冲 程，还有充满系数、泵漏失系数、溶解气系数。 （3）功图面积与液量无相关性。
油气田自动化技术现状
研发背景
采油工艺分析优化软件的发展现状
研发背景
经过初步调研，形成以下认识
研发背景
经过初步调研，形成以下认识
技术目标定位
开发层次
第三层
实时分析优化平台与专家经验的整 合 ，采用基于自学习能力的智能 井技术吸收专家经验判据以及软件 优化的成果形成下一轮优化的目标 ，以闭环形式进行多轮次控制与优 化
油井生产实时 分析优化 专家系统PES
分析优化软件包与基于自动化 技术的各种硬件系统之间的整 合
实时分析优化平台
应用软件之间的整合
分析优化软件系统
第二层
第一层
开发力量配备
团队
组成
专家队伍
油田公司和高校专家
石油工程技术研发 队伍
高校与技术公司的人员
软件开发与维护队 伍
技术公司人员
硬件设计队伍
技术公司及设备厂家人员
油井计量设计
面积法
由于功图不规则性（比如功图下冲程是波动的），很难确定准 确的有效冲程。
右图中2个 功图面积不 同而产液量 却可能相同
油井计量设计
有效冲程法
有效冲程相同而产液 量却可能不同
抽油机井在线计量的原理
“功图法”油井计量技术是依据游梁机-深井泵工作状态与油 井产液量变化关系，即把有杆泵抽油系统视为一个复杂的振动 系统，该系统在一定的边界条件和一定的初始条件（如周期条 件）下，对外部激励（地面功图）产生响应（泵功图）。然后 对此泵功图进行分析，确定泵的有效冲程、泵漏失、充满程度 、气影响等，计算井下泵排量，进而求出地面折算有效排量。
方案发布子系统
系统技术特色
1、软硬一体实现实时采集、实时分析、 实时优化、实时发布
2、实时诊断基础的在线计量与优化设计 3、大闭环优化
系统技术特色
软硬一体实现实时采集、实时分析、实时优化、实时发布
系统技术特色
软硬一体实现实时采集、实时分析、实时优化、实时发布
青海油田数字化油田实施的设想及方案规划
两相分离计量法 三相分离计量方法等。
计量的作用
传统意义的计量-商品交易
单井液量的计量-？
-反映油井的产能 -反映油井能力动态变化 -反映油井抽油设备的工作情况 -反映措施作业的效果 因此，计量是手段 搞清油井工作状况是目的
油井计量技术的发展
各种液量计量方式优缺点对比
量油方式 投资
玻璃管量 油
中
地面 工艺
系统概述
概括起来：围绕一个中心，整合五大技术，提供十大功能，实现四大目标。
• 围绕一个中心：优化油井生产 • 整合五大技术：自动化技术、计算机技术、网络技术、系统 工程方法以及油气田开发技术 • 提供十大功能：实时采集、数据管理、生产动态预测、实时 工程分析、故障诊断、远程计量、系统效率及损耗分析、生产参数 实时优化设计、措施方案发布、智能控制 • 实现四大目标：提高油井产量、系统效率、油田数字化水平 和简化地面流程
高气液比抽油机井的计量
（二）、气液比高井的计量界限问题 软件自动判断出凡尔开启点比较困难。究竟多高的气液比才不能计
量目前还不能找到明显的界限，但至少认识到不能由产气量和气液比简 单地划分界限，因为气体对泵效的影响与饱和压力、含水、套压、沉没 度均有关系。
高气液比抽油机井的计量
（二）、气液比高井的计量界限问题—其他因素 （1）振动载荷对功图的判断有一定的影响； （2）泵沉没度（连抽带喷）对功图的判断有一定的影响； 部分刚刚转抽的高气井可能会存在计量问题，刚刚转抽的高气井
实时监控油井生产动态变化。油井产液量远程量油功 能改变了传统的分离器间断计量功能，实现了连续在线计 量。压力、温度、示功图的实时采集更直观、更准确、更 及时的反映油井生产状况的动态变化，能够及时地反映出 油井的生产变化情况。
（1）液量变化
从小11-13-1井两天各小时产 量变化看，该井间歇出油。
（3）向快速化方向发展 为了及时掌握油井的生产状况，需要缩短油井计量周期，对油井进行
更加频繁和及时的测量，因此必须提高油井计量速度。 （4）向自动化方向发展 自动化技术的发展为降低劳动强度和提高劳动生产率提供了可靠保证
。同时，为了实现油井准确、快速的测量，也必须采用自动化的测量方法。
油井计量技术的发展
油井计量的精度同时受特殊井况的影响
井身结构：斜井、定向井； 流体物性：高气液比、稠油、结蜡、出砂、乳化等； 工况故障：油管漏失、泵漏失、抽喷井、断脱等； 功图特征不明显井、多种故障重叠； 低产、低效井等。
高气液比抽油机井的计量问题
高气液比抽油机井的计量问题
（一）、中高气液比油井产液量计量现状 1、中高气液比功图量液方法有优势； 2、“气液比究竟是多少”并不重要； 3、过高的气液比会出现“功图特征无法识别”！
青海油田数字化油田实施的设想及方案规划
模式三：统一到RTU模式，该模式实现了各个自动化采集服务厂家的统一数据库 、统一解析服务器、统一RTU，建设统一的应用系统功能，该模式下保证RTU适 合于上位机，容易制定统一的硬件采集设备接口和采集参数协议，可以实现硬件 仪表的集团化采购，节约硬件成本，利于局属处的统一维护和统一运营，可以实 现统一到油田一级，也可以实现统一到中石油甚至全国，为全国的数字油田和智 能油田提供很好的模式。
系统概述
PES集成系统概念模型
系统概述
PES集成系统概念模型
系统概述
系统概述
系统概述
智能井技术结构
汇报交流内容
PES研发背景 技术目标及开发结构 主要功能及技术特色
现场应用情况 发展方向
系统主要功能
系统主要功能
系统主要功能
数据采集子系统PES_Acquisition
数据录入模块
系统主要功能
油井远程在线计量的关键技术
抽油机井-示功图法 自喷井-压差法 电泵井-压差法、特征曲线修正法、系统损耗分析法 螺杆泵井-压差法、转速法
符合油井计量发展的方向
在线计量的原理
抽油机井在线计量的原理
技术手段
抽油机井在线计量的原理
抽油机功图技术发展历程
功图测试技术
功图测试技术 波动方程（解泵功图） 计算机技术（几何特征）
汇报交流内容
PES研发背景 技术目标及开发结构 主要功能及技术特色
现场应用情况 发展方向
系统概述
《油井生产实时分析优化专家系统PES》是中国石油大 学（北京）与北京雅丹石油技术开发有限公司历时十年， 联合开发的一套基于自动化技术、计算机技术、网络技术 、系统工程方法以及油气田开发技术，以提高油井产量、 系统效率、油田数字化水平和简化地面流程为目的，集油 井生产数据实时采集、数据管理、生产动态预测、实时工 程分析、故障诊断、远程计量、系统效率及损耗分析、生 产参数实时优化设计、措施方案发布、智能控制等硬软一 体化的工程数据平台及采油工程专家系统。
系统主要功能
数据管理子系统PES_Data
系统主要功能
分析预测子系统 油井产能分析模块
系统主要功能
分析预测子系统
油井生产动态分析预测模块
系统主要功能
工程分析子系统
井下力学分析模块
系统主要功能
工程分析子系统 井筒温度压力场计算模块
系统主要功能
工程分析子系统
实时工况诊断模块
系统主要功能
工程分析子系统 系统效率分析模块
可能经历连喷带抽和气体影响特征不明显两个阶段；
高气液比抽油机井的计量
（二）、气液比高井的计量界限问题 初步认为一般气体影响因子（泵入口压力下的气液比）在
6-8以上就可能出现“供液不足/气体影响特征无法识别”的情 况。
采用了套管定压放气装置和气锚的井，其临界气体影响因子 一般可以放到原来的1.5-2倍以上。
功图测试技术 通信技术（实时功图） 波动方程（求解泵功图） 计算机技术（综合诊断）
单井系统计量技术
地面 功图诊断
泵功图诊断
泵功图诊断 单井在线计量
现场实现 Hale Waihona Puke Baidu术本质
简单定性
定性半定量
完全定量
油井计量设计
1．抽油机井功图法产量计算系统
第一代方法：面积法 该方法利用功图实际面积与饱满（理想）功图面积的比值作为有效 冲程，来计算油井产量。
压力及产液量变化情况
压力变 化
产液量 变化
及时发现工况异常 如：防冲距过小
计算产液量波动大，经查该井存在下碰泵问题，10月10日中午 上调防冲距10cm后，功图正常。
（3）断脱
抽油杆在23：200：19之间断脱
实时诊断基础的在线计量
综合应用功图、电 参、压力、温度等 多元数据的实时油 井故障综合诊断分 析及优化设计；
系统主要功能
工程分析子系统 单井综合
系统主要功能
工程分析子系统
宏观控制图模块
系统主要功能
远程计量子系统
液量远程计量模块
系统主要功能
远程计量子系统 电量远程计量模块
系统主要功能
优化设计子系统
智能设计模块
系统主要功能
优化设计子系统
参数优化设计模块
系统主要功能
优化设计子系统
设计方案绘图模块
系统主要功能