一种螺杆泵井的产量预测方法及装置与流程

1.本发明涉及采油工程技术领域，尤其涉及一种螺杆泵井的产量预测方法及装置。


背景技术：

2.螺杆泵采油作为一种成熟的采油工艺，以其便于控制、出砂与稠油适应性强等特点被国内外各大油田普遍采用。近年来，随着油田数字化与物联网建设的推进，基于实时采集参数的螺杆泵井分析与计量技术已成为油气生产物联网深化应用的核心技术之一。该技术基于螺杆泵井生产数据的特征，进行非剧变工况的分类特征识别，作为此类采油工艺智能化应用的主要技术支撑，为螺杆泵井生产优化相关的措施决策提供重要参考，对实现螺杆泵井的智能化管理有着非常重要的意义。
3.目前该技术总体成熟度有限，需要进行进一步的研究提升。如何进一步将采油工程理论与数字化采集测试、人工智能分析深入结合是提升该技术的关键之一。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.本发明提供一种螺杆泵井的产量预测方法及装置，以克服现有技术中关于螺杆泵井分析与计量的技术成熟度还比较有限的缺陷。
6.(二)技术方案
7.为解决上述问题，本发明提供一种螺杆泵井的产量预测方法及装置，包括：分别根据所述螺杆泵每秒的扭矩、所述螺杆泵每分钟内平均扭矩、所述螺杆泵每小时内平均扭矩、所述螺杆泵每天内平均扭矩与基准扭矩确定秒级偏差、分钟级偏差、小时级偏差、日偏差，在所述秒级偏差、分钟级偏差、小时级偏差、日偏差超过相应阈值的情况下确定所述螺杆泵扭矩存在变化超标状况的秒级数据变化ts、分钟级数据变化tm、小时级数据变化th、日数据变化td；
8.分别根据每分钟前设定时间内所述螺杆泵的扭矩、每小时前设定时间内所述螺杆泵的扭矩、每天前设定时间内所述螺杆泵的扭矩确定所述螺杆泵扭矩的分钟级数据变化趋势δtm、小时级数据变化趋势δth、日数据变化趋势δtd；
9.在所述δtm、δth和δtd为平稳、并且(td-tb)/tb小于第一阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于正常工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变小超标、所述δtd为下降、并且(tb-td)/tb小于所述第一阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于参数偏小工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变大超标、所述δtd为上升、并且(td-tb)/tb大于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于参数偏大工作状况；在所述δth平稳、所述td变化超标状况为变大超标、所述δtd为上升、并且(td-tb)/tb大于第一阈值且小于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于结蜡工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变小超标、所述δtd为下降、并且(tb-td)/tb大于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于漏失工作状况；
10.在所述螺杆泵井处于所述正常工作状况、所述参数偏小工作状况、所述参数偏大工作状况、所述结蜡工作状况或者所述漏失工作状况的情况下，获取所述螺杆泵的初始产液量以及初始扬程；
11.根据所述初始产液量和所述螺杆泵井的井口油套压，确定所述螺杆泵的扬程；
12.在所述实际扬程与所述螺杆泵的扬程的误差小于第三阈值的情况下，根据所述螺杆泵的扬程对应的吸入压力确定油井动液面。
13.优选地，所述获取所述螺杆泵的初始产液量，包括：
14.将所述螺杆泵当前转速的工作状况平均泵效对应的产液量作为所述初始产液量。
15.优选地，根据以下特征曲线公式确定所述实际扬程：
16.h
real
＝(1-δh)(aq2 bq c)，
17.其中，h
real
为实际扬程，δh为扬程偏差系数，取值范围为0～1，q为初始产液量，a、b、c为拟合系数。
18.优选地，所述根据所述初始产液量和所述螺杆泵井的井口油套压，确定所述螺杆泵的扬程，包括：
19.根据所述初始产液量和所述螺杆泵井的井口油套压，采用多相流公式计算所述螺杆泵的扬程。
20.优选地，根据以下公式确定所述初始扬程与所述螺杆泵的扬程的误差：
21.δh
cul
＝|h
real-h
cul
|/h
real
，
22.其中，h
real
为实际扬程，h
cul
为所述螺杆泵的计算扬程，δh
cul
为所述实际扬程与所述螺杆泵的计算扬程的误差。
23.优选地，在所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差不小于第三阈值、并且所述螺杆泵井处于所述正常工作状况、所述参数偏小工作状况或者所述参数偏大工作状况的情况下，调整所述初始产液量的取值，直到满足所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差小于所述第三阈值；
24.在所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差不小于第三阈值、并且所述螺杆泵井处于所述结蜡工作状况的情况下，向小调整有效管径值，直到满足所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差小于所述第三阈值；
25.在所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差不小于第三阈值、并且所述螺杆泵井处于所述漏失工作状况的情况下，校正所述特征曲线并根据校正后的特征曲线公式确定所述初始扬程，调整所述初始产液量的取值，直到满足所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差小于所述第三阈值。
26.优选地，所述第三阈值为0.05。
27.另一方面，本发明提供一种螺杆泵井的产量预测装置，包括：
28.第一确定单元，分别根据所述螺杆泵每秒的扭矩、所述螺杆泵每分钟内平均扭矩、所述螺杆泵每小时内平均扭矩、所述螺杆泵每天内平均扭矩与基准扭矩确定秒级偏差、分钟级偏差、小时级偏差、日偏差，在所述秒级偏差、分钟级偏差、小时级偏差、日偏差超过相应阈值的情况下确定所述螺杆泵扭矩存在变化超标状况的秒级数据变化ts、分钟级数据变化tm、小时级数据变化th、日数据变化td；
29.第二确定单元，分别根据每分钟前设定时间内所述螺杆泵的扭矩、每小时前设定
时间内所述螺杆泵的扭矩、每天前设定时间内所述螺杆泵的扭矩确定所述螺杆泵扭矩的分钟级数据变化趋势δtm、小时级数据变化趋势δth、日数据变化趋势δtd；
30.第三确定单元，在所述δtm、δth和δtd为平稳、并且(td-tb)/tb小于第一阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于正常工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变小超标、所述δtd为下降、并且(tb-td)/tb小于所述第一阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于参数偏小工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变大超标、所述δtd为上升、并且(td-tb)/tb大于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于参数偏大工作状况；在所述δth平稳、所述td变化超标状况为变大超标、所述δtd为上升、并且(td-tb)/tb大于第一阈值且小于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于结蜡工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变小超标、所述δtd为下降、并且(tb-td)/tb大于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于漏失工作状况；
31.第一获取单元，在所述螺杆泵井处于所述正常工作状况、所述参数偏小工作状况、所述参数偏大工作状况、所述结蜡工作状况或者所述漏失工作状况的情况下，获取所述螺杆泵的初始产液量以及初始扬程；
32.第四确定单元，根据所述初始产液量和所述螺杆泵井的井口油套压，确定所述螺杆泵的扬程；
33.第五确定单元，在所述实际扬程与所述螺杆泵的扬程的误差小于第三阈值的情况下，根据所述螺杆泵的扬程对应的吸入压力确定油井动液面。
34.(三)有益效果
35.本发明提供的螺杆泵井的产量预测方法及装置，最大程度提高螺杆泵井工况诊断的精度，更加准确地对螺杆泵井非剧变工况分析；实现螺杆泵井的产液量计量；补强油田智能化建设在螺杆泵方面的应用基础。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明实施例螺杆泵井的产量预测方法流程图；
38.图2为本发明实施例螺杆泵井的产量预测结构示意图。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
40.如图1所示，本发明提供一种螺杆泵井的产量预测方法及装置，包括：
41.步骤s1、分别根据所述螺杆泵每秒的扭矩、所述螺杆泵每分钟内平均扭矩、所述螺杆泵每小时内平均扭矩、所述螺杆泵每天内平均扭矩与基准扭矩确定秒级偏差、分钟级偏
差、小时级偏差、日偏差，在所述秒级偏差、分钟级偏差、小时级偏差、日偏差超过相应阈值的情况下确定所述螺杆泵扭矩存在变化超标状况的秒级数据变化ts、分钟级数据变化tm、小时级数据变化th、日数据变化td；
42.步骤s2、分别根据每分钟前设定时间内所述螺杆泵的扭矩、每小时前设定时间内所述螺杆泵的扭矩、每天前设定时间内所述螺杆泵的扭矩确定所述螺杆泵扭矩的分钟级数据变化趋势δtm、小时级数据变化趋势δth、日数据变化趋势δtd；
43.步骤s3、在所述δtm、δth和δtd为平稳、并且(td-tb)/tb小于第一阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于正常工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变小超标、所述δtd为下降、并且(tb-td)/tb小于所述第一阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于参数偏小工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变大超标、所述δtd为上升、并且(td-tb)/tb大于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于参数偏大工作状况；在所述δth平稳、所述td变化超标状况为变大超标、所述δtd为上升、并且(td-tb)/tb大于第一阈值且小于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于结蜡工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变小超标、所述δtd为下降、并且(tb-td)/tb大于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于漏失工作状况；
44.步骤s4、在所述螺杆泵井处于所述正常工作状况、所述参数偏小工作状况、所述参数偏大工作状况、所述结蜡工作状况或者所述漏失工作状况的情况下，获取所述螺杆泵的初始产液量以及初始扬程；
45.步骤s5、根据所述初始产液量和所述螺杆泵井的井口油套压，确定所述螺杆泵的扬程；
46.步骤s6、在所述实际扬程与所述螺杆泵的扬程的误差小于第三阈值的情况下，根据所述螺杆泵的扬程对应的吸入压力确定油井动液面。
47.其中，所述获取所述螺杆泵的初始产液量，包括：
48.将所述螺杆泵当前转速的工作状况平均泵效对应的产液量作为所述初始产液量。
49.其中：根据以下特征曲线公式确定所述实际扬程：
50.h
real
＝(1-δh)(aq2 bq c)，
51.其中，h
real
为实际扬程，δh为扬程偏差系数，取值范围为0～1，q为初始产液量，a、b、c为拟合系数。
52.其中，所述根据所述初始产液量和所述螺杆泵井的井口油套压，确定所述螺杆泵的扬程，包括：
53.根据所述初始产液量和所述螺杆泵井的井口油套压，采用多相流公式计算所述螺杆泵的扬程。
54.其中，根据以下公式确定所述初始扬程与所述螺杆泵的扬程的误差：
55.δh
cul
＝|h
real-h
cul
|/h
real
，
56.其中，h
real
为实际扬程，h
cul
为所述螺杆泵的计算扬程，δh
cul
为所述实际扬程与所述螺杆泵的计算扬程的误差。
57.其中，在所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差不小于第三阈值、并且所述螺杆泵井处于所述正常工作状况、所述参数偏小工作状况或者所述参数偏大工作状况的情况下，调整所述初始产液量的取值，直到满足所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的
误差小于所述第三阈值；
58.在所述计算初始扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差不小于第三阈值、并且所述螺杆泵井处于所述结蜡工作状况的情况下，向小调整有效管径值，直到满足所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差小于所述第三阈值；
59.在所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差不小于第三阈值、并且所述螺杆泵井处于所述漏失工作状况的情况下，校正所述特征曲线并根据校正后的特征曲线公式确定所述初始扬程，调整所述初始产液量的取值，直到满足所述计算扬程与所述螺杆泵的实际扬程的误差小于所述第三阈值，本实施例中的第三阈值为0.05。
60.下面根据实际应用情况，详细说明一下该螺杆泵井的产量预测方法：本发明实施例应用经过电参转换出的扭矩值与基准扭矩相比的变化幅度，将实时采集计算的参数处理为以下四个时间维度的数据，进行变化率和趋势分析：
61.1)ts：秒级数据变化，与基准值相比偏差超过30％或前后对比值，超过30％，进入预警状态；
62.2)tm：分钟级数据变化，取每分钟60个秒级数据的平均值，与基准值相比，变化率超过20％进行预警，每分钟计算过去60分钟里分钟级数据的变化趋势(60点的线性拟合)δtm，分为上升、下降、平稳、波动四种状态。
63.3)th：小时级数据趋势变化，取每小时60个分钟级数据的平均值，与基准值相比，变化超过15％进行预警。每小时，计算过去72小时里小时级数据的变化趋δth(72点的线性拟合)，分为上升、下降、平稳、波动四种状况。
64.4)td：日数据趋势变化，取每天24个的小时级数据的平均值作为日数据，与基准值相比，变化超过10％进行预警，每天计算过去30天内日数据的变化趋势，δtd，分为上升、下降、平稳、波动四种状况。
65.将无剧烈变化的工况分为以下五类：
66.1)参数偏大，其特征为扬程增加，沉没度偏低，泵效偏低，电参偏大；判据为：
67.a、δth的趋势为平稳；b、td变大预警；c、δtd的趋势为上升；d、(td-tb)/tb大于0.20
68.2)结蜡时，其特征为排出压力增加，扬程增加，产量减少，液面上升，实际举升高度下降，泵损耗增加，电参缓慢增加，判据为：
69.a、δth的趋势为平稳；b、td变大预警；c、δtd的趋势为上升；d、(td-tb)/tb大于0.10，小于0.2；
70.3)正常：电参、井口压力基本不变，判据为：
71.a、δtm，δth，δtd的趋势都是平稳；b、(td-tb)/tb小于0.1
72.4)参数偏小：其特征为动液面高、泵效高、电参稳定，判据为：
73.a、δth的趋势为平稳；b、td变小预警；c、δtd的趋势为下降；d、(tb-td)/tb小于0.1；
74.5)漏失(泵常规磨损形成的漏失)：其特征为举升压力不变，液面上升，产量减少。泵轻载，电参轻微下降(需要重新调整特征曲线)，判据为：
75.a、δth的趋势为平稳；b、td变小预警；c、δtd的趋势为下降；d、(tb-td)/tb大于0.2；
76.特征曲线校正：
77.1)获得泵的初始特征曲线
78.以一系列平行线方程组表示螺杆泵初始特征曲线
[0079][0080]
由初始特征曲线qi为排量，n为转速，
[0081]
k是与螺杆泵几何尺寸相关的参数，当螺杆泵不变时该参数不变，
[0082]
vi扬程影响因子，不同的扬程h会对应有不同的v值，
[0083]
获得给定转速下的产液量与扬程关系曲线
[0084]
给上式中的n取定值，便可以获得一组(q，h)关系，用最小二乘法拟合q，h之间的关系，即可得获得：
[0085]
h＝aq2 bq c
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0086]
2)实际生产数据的获取，对应的产液量、动液面以及功率、扭矩。
[0087]
根据实际生产数据计算泵的实际扬程h
real
[0088]
螺杆泵吸入压力计算p
in
[0089]
p
in
＝pc h
cmd
[ρ
wfw
ρo(1-fw)]g
ꢀꢀꢀ
(3)
[0090]
螺杆泵排出压力计算p
out
[0091]
以油压为起点，采用多相流公式(手册提供)计算至泵排出口，即获得p
out
[0092]
泵的实际扬程：h
real
[0093]hreal
＝[ρ
wfw
ρo(1-fw)](p
out-p
in
)/g
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0094]
用实际的产液量带入公式(2)计算，获得一个h
th
[0095]
扬程偏差系数
[0096]
δh＝(h
real-h
th
)/h
real
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0097]
如果，如果δh小于在0.05，则直接使用初始公式，否则，进行特征曲线校正。
[0098]hcmd
，沉没度，油井动液面与螺杆泵吸入口位置的差值，m；
[0099]hcmd
＝h
d-h
dfl
ꢀꢀꢀ
(6)
[0100]
hd，下泵深度，即螺杆泵吸入口位置，m；
[0101]hdfl
，油井动液面，m；
[0102]fw
，体积含水率，小数；
[0103]
p
t
，油压，mpa；
[0104]
pc，套压，mpa；
[0105]
ρw，地层水相对密度，无量纲；
[0106]
ρo，原油相对密度，无量纲。
[0107]
δh一般在0-1之间。
[0108]
说明：初次的扬程偏差系数δh根据生产数据，采用上述公式计算，如果拟合效果不好的话，可以根据拟合的需要调整δh。选定δh以后，可以根据公式(7)计算螺杆泵的实际特征曲线。
[0109]
3)获取多组数据，拟合扬程偏差系数与产液量以及转速、功率的关系
[0110]
如果可以获得多组拟合值，则需要求取平均的扬程偏差系数。
[0111]
4)获得实际的特征曲线
[0112]
泵实际扬程由下式计算：
[0113]hreal
＝(1-δh)h
th
[0114]
校正后的特征曲(线)：
[0115]hreal
＝(1-δh)(aq2 bq c)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0116]
液量计量以及动液面预测
[0117]
按照不同工况进行产量预测
[0118]
第一类：正常、参数偏小、参数偏大工况的计产：
[0119]
1)取该泵当前转速的各种工况统计平均泵效对应的产液量为初始值q；
[0120]
2)按照校正后的特征曲线公式(7)取对应的扬程初始值h
real
；
[0121]
3)根据初始液量以及测试的井口油套压计算，用多相流公式计算对应的扬程，获得h
cul
[0122]
4)判断两个扬程的计算误差δh
cul
是否小于0.05，是则计算停止，输出结果，否的话微调q值，直到满足计算误差小于0.05为止。
[0123]
δh
cul
＝|h
real-h
cul
|/h
real
.....(8)
[0124]
5)由满足扬程计算误差的扬程对应的吸入压力计算油井动液面。
[0125]hdfl
＝h
d-(p
in-pc)/[ρ
wfw
ρo(1-fw)]g........(9)
[0126]
第二类，结蜡工况的计产：
[0127]
1)取该泵当前转速的结蜡工况统计平均泵效对应的产液量为初始值q；
[0128]
2)按照校正后的特征曲线公式(7)取对应的扬程初始值h
real
；
[0129]
3)根据初始液量以及测试的井口油套压计算，用多相流公式计算对应的扬程，获得h
cul
；
[0130]
4)应用公式(8)，判断两个扬程的计算误差δh
cul
是否小于0.05，是则计算停止，输出结果，否的话向小微调有效管径值，直到满足计算误差小于0.05为止；
[0131]
5)由满足扬程计算误差的扬程对应的吸入压力计算油井动液面，应用公式(9)。
[0132]
第三类，漏失工况的计产：重新校正特征曲线，校正后按照第一类的方法计产。
[0133]
如图2所示，本发明还提供一种螺杆泵井的产量预测装置，包括：
[0134]
第一确定单元21，分别根据所述螺杆泵每秒的扭矩、所述螺杆泵每分钟内平均扭矩、所述螺杆泵每小时内平均扭矩、所述螺杆泵每天内平均扭矩与基准扭矩确定秒级偏差、分钟级偏差、小时级偏差、日偏差，在所述秒级偏差、分钟级偏差、小时级偏差、日偏差超过相应阈值的情况下确定所述螺杆泵扭矩存在变化超标状况的秒级数据变化ts、分钟级数据变化tm、小时级数据变化th、日数据变化td；
[0135]
第二确定单元22，分别根据每分钟前设定时间内所述螺杆泵的扭矩、每小时前设定时间内所述螺杆泵的扭矩、每天前设定时间内所述螺杆泵的扭矩确定所述螺杆泵扭矩的分钟级数据变化趋势δtm、小时级数据变化趋势δth、日数据变化趋势δtd；
[0136]
第三确定单元23，在所述δtm、δth和δtd为平稳、并且(td-tb)/tb小于第一阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于正常工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况
为变小超标、所述δtd为下降、并且(tb-td)/tb小于所述第一阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于参数偏小工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变大超标、所述δtd为上升、并且(td-tb)/tb大于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于参数偏大工作状况；在所述δth平稳、所述td变化超标状况为变大超标、所述δtd为上升、并且(td-tb)/tb大于第一阈值且小于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于结蜡工作状况；在所述δth为平稳、所述td变化超标状况为变小超标、所述δtd为下降、并且(tb-td)/tb大于第二阈值的情况下，确定所述螺杆泵井处于漏失工作状况；
[0137]
第一获取单元24，在所述螺杆泵井处于所述正常工作状况、所述参数偏小工作状况、所述参数偏大工作状况、所述结蜡工作状况或者所述漏失工作状况的情况下，获取所述螺杆泵的初始产液量以及初始扬程；
[0138]
第四确定单元25，根据所述初始产液量和所述螺杆泵井的井口油套压，确定所述螺杆泵的扬程；
[0139]
第五确定单元26，在所述实际扬程与所述螺杆泵的扬程的误差小于第三阈值的情况下，根据所述螺杆泵的扬程对应的吸入压力确定油井动液面。
[0140]
本发明提供的螺杆泵井的产量预测方法及装置，最大程度提高螺杆泵井工况诊断的精度，更加准确地对螺杆泵井非剧变工况分析；实现螺杆泵井的产液量计量；补强油田智能化建设在螺杆泵方面的应用基础。
[0141]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0142]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。