基于数据驱动的泡沫排水加药剂量智能优化方法及装置与流程

：
1.本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种基于数据驱动的泡沫排水加药剂量智能优化方法及装置。


背景技术：

2.随着气田的开发，泡沫排水采气已成为产水气井连续携液的主体采气工艺技术。泡沫排水技术是指通过地面设备向井内注入泡沫排水剂，并通过产生的泡沫将井筒内液体带出，实现气井正常生产。自动化泡沫排水工艺近年来也逐渐被广泛应用，但大多是采用泡沫排水药剂定时定量加注方式，由于不同的气井产液量、产气量差别较大，泡沫排水剂的加注方式、加注时机不同对排水采气工艺效果影响较大。随着人工智能的快速发展，泡沫排水工艺智能化加注成为研究的热点。泡沫排水智能化加注通过站控系统发送指令,以远程自动加注药剂代替原有的人工现场加注，以远程控制启停泵代替原有的定时器控制确保泡沫排水措施的有效性，有效降低生产成本。为提高气井采收率提供了新的技术手段。随着气井生产环境的变化，泡沫排水采气的加注频率，加注剂量需要动态调整，从而提高生产效率。需要进一步根据气井生产数据特征，结合气井稳定性判断、剂量逼近、剂量补偿等模块，优化气井泡沫排水加注量，减少成本和污染。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的是提供一类基于数据驱动的泡沫排水加药剂量智能优化方法及装置，自主智能预测和优化泡沫排水系统的药剂投放量，节省成本，减小污染。
4.本发明采用的技术方案为：一种基于数据驱动的泡沫排水加药剂量智能优化装置及优化方法；
5.实现基于数据驱动的泡沫排水加药剂量智能优化方法的装置包括泡排药剂罐、控制柜、电源、触摸屏、泡排剂泵控制固态继电器、电磁阀控制固态继电器、嵌入式微处理器、手动阀、泡排剂加药泵、电磁阀、泡排剂流量传感器、气井井口、油管压力传感器和套管压力传感器；所述泡排药剂罐与手动阀的一端连通，手动阀的另一端与泡排剂加药泵连通，泡排剂加药泵与电磁阀，电磁阀与泡排剂流量传感器连通，泡排剂流量传感器与气井井口，所述油管压力传感器和套管压力传感器设置于气井井口内；所述油管压力传感器、套管压力传感器和泡排剂流量传感器通过导线与嵌入式微处理器连接，嵌入式微处理器通过导线与泡排剂泵控制固态继电器和电磁阀控制固态继电器连接，泡排剂泵控制固态继电器和电磁阀控制固态继电器分别通过导线与泡排剂加药泵和电磁阀连接。
6.所述优化方法包括一下步骤：
7.步骤一、通过安装在气井井口油管和套管的压力传感器，获取气井井口油压数据、套压数据，采用嵌入式微处理器记录气井每次生产数据以及每次泡沫排水系统加药剂量数据；
8.步骤二、通过触摸屏设定气井正常生产时候的理想油压与套压的压力差，并存储
器嵌入式微处理器；
9.步骤三、通过嵌入式微处理器计算得到气井生产过程中的油压与套压的压力差；
10.步骤四、基于子空间辨识方法，建立泡沫排水系统定期加药计量与气井井口压差之间的关系模型；
11.将每次药剂量作为输入量u(k)，将理想情况下的油套压差e1与生产情况下的油套压差e2(k)的差值作为输出量，即：y(k)＝e2(k)
‑
e1，构建输入和输出序列u＝[u(k
‑
n),u(k
‑
n 1),....,u(k n
‑
1)]和y＝[y(k
‑
n),u(k
‑
n 1),....,y(k n
‑
1)]，基于子空间辨识方法，建立输入输出序列关系模型
[0012]
步骤五、基于关系模型，获取未来泡沫排水加药计量序列并将第1个数值作为当前时刻药剂量使用；
[0013]
设定优化性能指标其中，h
p
为未来输出序列个数，h
c
为未来输入序列个数。令获取未来h
c
个加注周期的药剂量序列将第1个数值作为当前的药剂量值输入；
[0014]
步骤六、嵌入式微处理器通过固态继电器控制泡排剂加药泵和电磁阀工作，自动对气井加注当前时刻药剂使用量。嵌入式微处理器自动获得套管压力、油管压力和泡排剂流量，自动建立输入输出序列关系模型并完成相关计算，自动控制泡排剂加药泵和电磁阀工作加注当前时刻药剂使用量。
[0015]
进一步的，基于数据驱动的泡沫排水加药优化装置采用定期自动加药方式，加药周期为t。
[0016]
进一步的，所述步骤三的生产过程中的油压与套压的压力差为加入药剂后处于相对稳定生产时油压套压差，油套压差取值于t/2时刻油套压差值。
[0017]
进一步的，自动智能泡沫排水加药装置采用定期加药方式，生产过程中药剂的型号与浓度不变化，生产过程中的油压套压差是指加入药剂后处于相对稳定生产时油压套压差，油套压差取值于加药后t/2时刻油套压差值；首先，将每次药剂量作为输入量u(k)，将理想情况下的油套压差e1与生产情况下的油套压差e2(k)的差值作为输出量，即：y(k)＝e2(k)
‑
e1；构建输入输出序列u＝[u(k
‑
n),u(k
‑
n 1),....,u(k n
‑
1)]和y＝[y(k
‑
n),u(k
‑
n 1),....,y(k n
‑
1)]，基于子空间辨识方法，获取输入输出序列关系模型；然后，设定优化性能指标其中，h
p
为未来输出序列个数，h
c
为未来输入序列个数；最后，令获取未来h
c
个加注周期的注入药剂量序列将第1个数值作为当前的药剂量值输入；最终，使用以嵌入式微处理器为核心的自控装置自动注入泡沫排水系统的药剂投放量。
[0018]
本发明的有益效果：提供了一类基于数据驱动的泡沫排水加药剂量智能优化方法及装置。泡沫排水采气在加注时间和加注剂量会随着实际生产环境的变化而变化，定时定
量的加注方式无法满足生产实际的需求。装置利用气井当前以及历史泡沫排水加注剂量和生产数据建立药剂加注量与井口油套管压差之间的关系模型，优化求解当前药剂的最优剂量并自动加注。由于采用以上技术方案，充分利用现场和历史生产数据，构建动态模型，有效的提高算法的自适应性，智能优化药剂量，节约生产成本。为气井生产泡沫排水提供了一种新的药剂加注方法和装置。其主要优点为：
[0019]
(1)、本方法针对定时加注的泡沫排水系统，有效的优化泡沫排水药剂的加注量，节省成本；
[0020]
(2)、本方法能够实时考虑当前气井生产情况，具备自适应功能，具有较好的实用性和动态特性。
附图说明：
[0021]
图1是实施例一中泡沫排水加药剂量智能优化装置的结构示意图。
具体实施方式：
[0022]
实施例一
[0023]
参照图1，一种实现基于数据驱动的泡沫排水加药剂量智能优化方法的优化装置包括泡排药剂罐1、控制柜2、电源3、触摸屏4、泡排剂泵控制固态继电器5、电磁阀控制固态继电器6、嵌入式微处理器7、手动阀8、泡排剂加药泵9、电磁阀10、泡排剂流量传感器11、气井井口12、油管压力传感器13和套管压力传感器14；所述泡排药剂罐1与手动阀8的一端连通，手动阀8的另一端与泡排剂加药泵9连通，泡排剂加药泵9与电磁阀10，电磁阀10与泡排剂流量传感器11连通，泡排剂流量传感器11与气井井口12，所述油管压力传感器13和套管压力传感器14设置于气井井口12内；所述油管压力传感器13、套管压力传感器14和泡排剂流量传感器11通过导线与嵌入式微处理器7连接，嵌入式微处理器7通过导线与泡排剂泵控制固态继电器5和电磁阀控制固态继电器6连接，泡排剂泵控制固态继电器5和电磁阀控制固态继电器6分别通过导线与泡排剂加药泵9和电磁阀10连接。
[0024]
一种基于数据驱动的泡沫排水加药剂量智能优化方法，其特征在于：所述优化方法包括一下步骤：
[0025]
步骤一、通过气井井口油管和套管的压力传感器，获取气井井口油压数据、套压数据，采用嵌入式微处理器记录气井每次生产数据以及每次泡沫排水系统加药剂量数据；
[0026]
构建输入序列：u＝[u(k
‑
n),u(k
‑
n 1),....,u(k n
‑
1)]和输出序列：y＝[y(k
‑
n),u(k
‑
n 1),....,y(k n
‑
1)]，分别生成hankel矩：
[0027][0028]
其中，n为预测长度(n≥2)，j为序列长度(j>20)，下标p和f分别表示“past”和“future”，y
f
与y
p
按照同样的方式定义；
[0029]
步骤二、设定气井正常生产时候的理想油压与套压的压力差，并存储器嵌入式微处理器；
[0030]
步骤三、通过嵌入式微处理器计算得到气井生产过程中的油压与套压的压力差；
[0031]
步骤四、基于子空间辨识方法，建立泡沫排水系统定期加药计量与气井井口压差之间的关系模型；
[0032]
嵌入式微处理器基于qr分解方法，获取模型参数，从而建立输入输出序列之间的关系模型。
[0033]
子空间辨识问题计算如下：依据过去的输入输出和未来的输入u
f
，寻找未来输出y
f
的最优预测值；
[0034][0035]
其中：l
w
和l
u
可以通过qr的分解得到，为y
f
预测值；因此，构建如下矩阵qr分解：
[0036][0037]
qr分解后获取l
w
和l
u
；
[0038][0039]
其中表示moore
‑
penrose伪逆，矩阵的伪逆可以通过svd分解求解。
[0040]
将每次药剂量作为输入量u(k)，将理想情况下的油套压差e1与生产情况下的油套压差e2(k)的差值作为输出量，即：y(k)＝e2(k)
‑
e1，构建输入和输出序列u＝[u(k
‑
n),u(k
‑
n 1),....,u(k n
‑
1)]和y＝[y(k
‑
n),u(k
‑
n 1),....,y(k n
‑
1)]，基于子空间辨识方法，建立输入输出序列关系模型；
[0041]
步骤五、基于关系模型，获取未来泡沫排水加药计量序列并将第1个数值作为当前时刻药剂量使用；
[0042]
设定优化性能指标其中，h
p
为未来输出序列个数，h
c
为未来输入序列个数。令获取未来h
c
个加注周期的药剂量序列将第1个数值作为当前的药剂量值输入；
[0043]
步骤六、嵌入式微处理器通过固态继电器控制泡排剂加药泵和电磁阀工作，自动对气井加注当前时刻药剂使用量。嵌入式微处理器自动获得套管压力、油管压力和泡排剂流量，自动建立输入输出序列关系模型并完成相关计算，自动控制泡排剂加药泵和电磁阀工作加注当前时刻药剂使用量。
[0044]
基于数据驱动的泡沫排水加药优化装置采用定期自动加药方式，加药周期为t；所述步骤三的生产过程中的油压与套压的压力差为加入药剂后处于相对稳定生产时油压套压差，油套压差取值于t/2时刻油套压差值。
[0045]
触摸屏输入泡排加注间隔时间并存储于嵌入式微处理器，到达泡排加注时间，嵌
入式微处理器通过固态继电器控制泡排剂加药泵、电磁阀工作，自动加注泡排剂。加注过程中由泡排剂流量传感器获得的泡排剂流量数据，计算加注量，达到当前时刻药剂使用量，停止泡排剂加药泵工作，关闭电磁阀，停止加注。
[0046]
上述实施例仅用于说明本发明，其中各方法的实施步骤都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。