功图量油与诊断算法简介

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,功图量油与诊断算法简介,11/28/2024,主,要,要,内,内,容,容,功,图,图,量,量,油,油,概,概,述,述,现,有,有,问,问,题,题,与,与,改,改,进,进,多,气,气,井,井,量,量,油,油,抽,油,油,井,井,故,故,障,障,诊,诊,断,断,3/9/2023,功图量油,概,概述,从传统量,油,油到功图,量,量油,功图量油,技,技术发展,功图量油,的,的国内外,现,现状,功图量油,原,原理,工程应用,实,实例,3/9/2023,从传统量,油,油到功图,量,量油,传统量油,计量间量,油,油,智能化多,相,相流量计,量,量油,容积式计,量,量法,功图量油,理论示功,图,图,3/9/2023,功图,量,量油,技,技术,发,发展,全天,候,候,间抽,任意,时,时段,示功,图,图,泵功,图,图,即时,产,产量,2003,Gibbs方,程,程等,力,力学,模,模型,拉线,法,法,面积,法,法,有效,冲,冲程,法,法,示功,仪,仪,产量,累,累加,3/9/2023,功图,量,量油,技,技术,发,发展,拉线,面,面积,法,法：,80,年,年代,，,BM,卡,卡西,扬,扬诺,夫,夫,示功,图,图的,理,理论,排,排量,实际,日,日产,液,液量,其中,为,为AB、BC,、,、CF延,长,长线,和,和AD延,长,长线,所,所围,的,的面,积,积。,液量,叠,叠加,法,法等,3/9/2023,功图量油技,术,术发展,有效冲程法,式中，,-柱塞直径,-冲次,-充满系数,-柱塞冲程,-泵功图的,有,有效冲程,3/9/2023,功图量油的国内,外,外现状,国际,Shell,Lufkin,Enerplus ,国内,长庆，中原，大,港,港，,3/9/2023,功图量油原理,有效冲程,AD段长度,充满系数,有效冲程/最大,冲,冲程AD/EC段,冲次,驴头一分钟内来,回,回的次数,3/9/2023,功图量油原理,示功图量油,泵功图量油,API算法量,油,油,综合考虑三者,计,计算结果,3/9/2023,示功图量油,日产液量,24hr*60min*,泵,泵的面积*有,效,效冲程*冲次,其中，冲次：N次/min,有效冲程/冲,程,程 = 充满,系,系数,关键：凡尔开,闭,闭点,216个原数,据,据,平滑数据,曲线变化,3/9/2023,泵功,图,图的,推,推算,Gibbs,波,波动,方,方程,3/9/2023,示功,图,图量,油,油,以实,测,测地,面,面功,图,图为,边,边界,条,条件,应用,计,计算,模,模型,拟,拟合,泵,泵功,图,图,应用,实,实测,井,井下,泵,泵功,图,图对,比,比修,正,正,建立,计,计算,模,模型,对比,修,正,实测地面示功图,计算,泵,泵功,图,图,实测井下示功图,确定,边,边界,条,条件,实测,泵,泵功,图,图,实测,井口,示功,图,图,计算,泵,泵功,图,图,实测,井口,示功,图,图,实测,示,示功,图,图,3/9/2023,泵功图量,油,油,日产液量,24hr*60min*泵,的,的面积*,有,有效冲程*冲次,3/9/2023,APIRP11算,法,法量油,由已知的,液,液面、泵,挂,挂深度、,冲,冲次、光,杆,杆冲程、,泵,泵塞直径,、,、液体密,度,度，再结,合,合抽油杆,尺,尺寸和组,合,合，以及,油,油管直径,、,、是否锚,定,定等信息,，,，能过查,表,表、曲线,图,图等确定,柱,柱塞冲程,、,、泵排量,、,、光杆最,大,大最小载,荷,荷等需求,量,量。,3/9/2023,工程应,用,用实例,计算过,程,程实例,泵功图,验,验证,计算结,果,果分析,庄13,量,量油分,析,析,3/9/2023,计算过,程,程实例,功图量,油,油计算,过,过程,以堡1-3井,为,为例,2009-12-2,示功图,3/9/2023,计算过程实例,推算泵功图,3/9/2023,计算过程实例,数据处理并确,定,定凡尔开闭点,3/9/2023,计算过程实例,计算单日产液,量,量,堡1-3井2009-12-2各时间段产量值,时间,8:00,10:00,12:00,14:00,16:00,18:00,20:00,22:00,0:00,2:00,4:00,6:00,产量,m,3,8.62,8.28,8.65,9.03,6.52,7.89,8.54,8.57,9.46,9.04,8.49,8.80,3/9/2023,泵功图验证,以沙22-21为例，,在,在其井下1300m和1790m,处,处均安装了,井,井下示功仪,3/9/2023,计算结果分析,单井单日产液量,分,分析,3/9/2023,计算结果分析,单井多日产液量,分,分析，以堡1-4A为例,堡1-4A 功图计算产液量与计量产液量对比分析表,日期,堡1-4A井,大罐量油（m,3,）,功图计量（m,3,）,差值（m）,误差率（%）,10月7日,14.715,14.470,0.245,1.66,10月8日,15.930,15.901,0.839,5.27,10月9日,15.660,15.179,0.481,3.07,10月10日,15.931,15.344,0.587,3.68,10月12日,16.335,15.480,0.855,3.68,10月14日,16.200,15.541,0.659,4.07,10月16日,15.525,15.560,-0.035,0.23,3/9/2023,计算结,果,果分析,堡1-4A,一,一个月,数,数据对,比,比,3/9/2023,计,算,算,结,结,果,果,分,分,析,析,李,堡,堡,数,数,据,据,汇,汇,总,总,，,，,见,见,下,下,页,页,表,表,格,格,功,图,图,量,量,液,液,与,与,大,大,罐,罐,量,量,液,液,误,误,差,差,3/9/2023,功图计量与大罐量油对比分析表,日期,堡1站,大罐量油（m,3,）,功图计量（m,3,）,差值（m,3,）,误差率（%）,9月28日,110.476,108.896,1.58,1.45,9月29日,99.404,108.498,9.094,8.38,9月30日,103.085,107.621,4.536,4.21,10月1日,104.144,108.582,4.438,4.09,10月7日,101.912,105.407,3.495,3.32,10月8日,103.292,105.327,2.035,1.93,10月10日,100.745,105.039,4.294,4.09,10月12日,99.198,103.297,4.099,3.97,10月14日,100.204,104.209,4.005,3.84,10月16日,99.688,104.172,4.484,4.30,10月18日,99.834,103.641,3.807,3.67,10月20日,99.297,101.206,1.909,1.89,10月22日,97.858,100.88,3.022,3.00,10月24日,98.825,100.62,1.795,1.78,10月26日,98.694,99.854,1.160,1.16,10月28日,97.176,100.543,3.367,3.35,3/9/2023,庄13,量,量,油,油,分,分,析,析,庄13,总,总,产,产,量,量,对,对,比,比,3/9/2023,庄13量,油,油分析,庄13总,产,产量对比,3/9/2023,主要内容,功图量油概述,现有问题与改,进,进,多气井量油,抽油井故障诊,断,断,3/9/2023,现有问题与改,进,进,量油产量及报,表,表分析，基本,与,与报表产量一,致,致。,但有少部分油,井,井量油存在一,定,定误差，对这,些,些油井工作状,况,况进行分析。,3/9/2023,现有问题与,改,改进,拐点计算偏,差,差,3/9/2023,现有问题与,改,改进,功图数据采,集,集错误,3/9/2023,现有问题与,改,改进,气体影响导,致,致有效冲程,偏,偏大,3/9/2023,现,有,有,问,问,题,题,与,与,改,改,进,进,数,据,据,采,采,集,集,错,错,误,误,3/9/2023,现有问题与改进,有效冲程变化比,较,较大,3/9/2023,主要内容,功图量油概述,现有问题与改进,多气井量油,抽油井故障诊断,3/9/2023,多气井量油,算法概述,3/9/2023,多气,井,井量,油,油算,法,法概,述,述,液体,冲,冲程,S,freegas,3/9/2023,多气,井,井量,油,油算,法,法概,述,述,测量,压,压力,满,满足eq.a,时,时，,进,进入,油,油管,的,的气,液,液量,(Gibbsetal.,2006),-沉,没,没压,力,力,-泵,出,出口,压,压力,-液,体,体载,荷,荷,-活,塞,塞面,积,积,Lufkin,Enerplus,3/9/2023,多气井量油,算,算法概述,沉没压力方,程,程求解,3/9/2023,多气井量,油,油算法概,述,述,溶解GOR和原油,体,体积系数,与,与压力关,系,系,3/9/2023,多气井量,油,油算法概,述,述,Nolen correlations,3/9/2023,多气井量油算,法,法概述,3/9/2023,3/9/2023,多气,井,井量,油,油算,法,法概,述,述,PIP推,算,算测,定,定,1.,假,假定,一,一个,很,很小,的,的起,始,始值P,istart,。,2.从经验曲线,计,计算求解溶解气,和,和石油收缩。,3.计算游离气,体,体积。,4.计算油管气,液,液比。,5.考虑多相流,、,、泵挂深度等因,素,素，确定对应的P,a,。,6.如(P,istart, P,a,)不满足eq.a，增加P,i,，回到步骤2，,直,直至找到真实的P,itrue,。,7.由P,itrue,从经验曲线中确,定,定气体影响和石,油,油收缩效应。,3/9/2023,主要内容,功图量油概述,现有问题与改进,多气井量油,抽油井故障诊断,3/9/2023,故障诊,断,断,功图量,油,油须建,立,立在抽,油,油井工,况,况健康,的,的基础,上,上，因,此,此在量,油,油之前,需,需进行,故,故障诊,断,断。,3/9/2023,故障,诊,诊断,整个,故,故障,诊,诊断,系,系统,分,分为,：,：,诊断,界,界面,读写,数,数据,库,库,底层,模,模块,接,接口,诊断,模,模块,3/9/2023,底层,接,接口,为诊,断,断模,块,块提,供,供标,准,准功,图,图、,当,当前,功,功图,和,和前,一,一功,图,图,实现,功,功图,数,数据,的,的前,期,期处,理,理，,提,提供,给,给诊,断,断模,块,块入,口,口，,对,对渐,变,变故,障,障进,行,行后,期,期处,理,理,底层模块接口,诊断模块,原始数据,标准功图,第n个功图,第n-1个功图,一部分诊断结果,渐变故障处理,渐变故障诊断结果,3/9/2023,诊断,模,模块,数据,采,采集,错,错误,抽油,杆,杆断,脱,脱或,活,活塞,遇,遇卡,或,或凡,尔,尔失,灵,灵,柱塞,脱,脱出,工,工作,筒,筒,油井,结,结蜡,或,或乳,化,化油,稠,稠,油管,漏,漏失,固定,凡,凡尔,漏,漏失,供液,不,不足,上碰,挂,挂,下碰,泵,泵,3/9/2023,诊断模块,3/9/2023,智能分类,人工神经,网,网络已经,有,有40多,年,年的历史,近些年,来,来神经网,络,络技术被,越,越来越广,泛,泛地应用,于,于石油工,业,业的许多,不,不同领域,。,。与传统,的,的分类方,法,法相比，,人,人工神经,网,网络模型,有,有许多优,势,势:,具有极强,的,的非线性,映,映射能力,，,，可以以,任,任意精度,逼,逼近任何,连,连续函数,采用并行,计,计算机制,具有高,速,速度和高,精,精度,采用信息,的,的分布式,存,存储方式,，,，具有更,好,好的稳定,性,性和容错,性,性，允许,样,样本缺失,和,和扭曲，,部,部分计算,单,单元的损,坏,坏不会削,弱,弱整个系,统,统的功用;,具有较强,的,的自学习,综,综合能力,、,、联想记,忆,忆能力和,调,调整功能,3/9/2023,智能分类,现在人工,神,神经网络,已,已经广泛,的,的应用于,有,有杆抽油,井,井的故障,诊,诊断中。,在,在众多的,神,神经网络,模,模型中,比,比较常用,的,的是误差,反,反向传播,神,神经网络,简称BP神经网,络,络，我们,就,就使用了BP神经,网,网络进行,油,油井故障,的,的诊断。,3/9/2023,智能分类,BP神经,网,网络是一,种,种基于误,差,差反向传,播,播算法的,多,多层前馈,型,型人工神,经,经网络,具,具有三,层,层或三层,以,以上神经,元,元，有输,入,入层、隐,含,含层和输,出,出层。它,的,的学习方,式,式是一种,有,有监督的,学,学习,在,输,输出层比,较,较网络的,实,实际输出,和,和对应的,期,期望输出,的,的误差均,方,方差,如,果,果不能得,到,到满意的,误,误差精度,则根据,误,误差通过,梯,梯度下降,法,法调整各,层,层神经元,的,的权值,最,最终使误,差,差达到最,小,小。,3/9/2023,智能分类,具有两个隐层的,神,神经网络示意图,3/9/2023,智能分类,诊断过程示意图,3/9/2023,目前，我公司应,用,用于油田现场的,诊,诊断系统可以识,别,别出以下几种故,障,障：数据采集错,误,误，抽油杆断脱,或,或活塞遇卡或凡,尔,尔失灵，柱塞脱,出,出工作筒 ，油,井,井结蜡或乳化油,稠,稠，油管漏失，,固,固定凡尔漏失，,供,供液不足，上碰,挂,挂，下碰泵。其,中,中，数据采集错,误,误可以通过功图,的,的物理属性判断,出,出来；其他故障,类,类型的判断以神,经,经网络为主，同,时,时结合功图的物,理,理属性。,3/9/2023,以“供液不足,”,” 为例,神经网络训练,阶,阶段,训练阶段分为,神,神经网络构建,、,、训练数据提,取,取和网络训练,三,三个部分。,这里把神经网,络,络设计为包含,一,一个隐层的BP网络，隐含,层,层神经元的传,递,递函数使用正,切,切S型，输出,层,层神经元的传,递,递函数使用对,数,数S型，训练,函,函数使用trainlm，,反,反传算法采用,收,收敛速度较快,的,的Levenberg-Marquadt算法。,3/9/2023,以“供液不足,”,” 为例,神经网络训练,阶,阶段,选取供液不足,的,的典型功图，,对,对功图数据进,行,行预处理，主,要,要包括功图平,滑,滑和归一化。,供,供液不足的功,图,图特征主要为,下,下行程功图缺,失,失，因此提取,从,从上死点开始,的,的108组载,荷,荷数据作为功,图,图特征数据。,将提取好的数,据,据作为神经网,络,络的输入进行,训,训练，直到网,络,络达到预定的,识,识别误差。,3/9/2023,以“供液不足,”,” 为例,实时诊断阶段,诊断系统运行,时,时，将实时功,图,图数据进行预,处,处理、特征提,取,取，然后将处,理,理好的数据输,入,入到神经网络,，,，神经网络识,别,别后将诊断结,果,果输出，诊断,完,完成。,其它几种故障,类,类型的神经网,络,络诊断模型类,似,似上述过程，,只,只是在特征值,提,提取阶段有所,不,不同。,3/9/2023,新进展,在诊断过程中,，,，由于某些故,障,障类型的功图,数,数据非常的少,，,，导致神经网,络,络训练不充分,，,，诊断的效果,不,不明显，因此,我,我们引进了“,支,支持向量机”,数,数据分类方法,。,。,支持向量机也,是,是一种数据分,类,类的方法，其,一,一个重要优点,是,是使用简单的,线,线性分类器划,分,分样本空间，,并,并且可以处理,线,线性不可分的,情,情况，对小样,本,本情况下的分,类,类效果尤为显,著,著。,3/9/2023,支,持,持,向,向,量,量,机,机,1,、,支,持,持,向,向,量,量,机,机,简,简,介,介,以,最,最,简,简,单,单,的,的,线,线,性,性,可,可,分,分,的,的,两,两,类,类,样,样,本,本,为,为,例,例,假,假,设,设,对,对,于,于,数,数,据,据,集,集,D,=(x,i,y,i,),i=,1n,其,其,中,中,每,每,个,个,数,数,据,据,点,点,对,对,应,应,的,的,类,类,别,别,标,标,识,识,+1,-1,在,在,能,能,够,够,正,正,确,确,分,分,类,类,的,的,所,所,有,有,线,线,性,性,分,分,类,类,器,器,中,中,希,希,望,望,找,找,到,到,能,能,够,够,使,使,泛,泛,化,化,误,误,差,差,最,最,小,小,的,的,分,分,类,类,器,器,。,。,直,直,观,观,的,的,看,看,如,如,果,果,将,将,分,分,类,类,间,间,隔,隔(margin),定,定,义,义,为,为,两,两,类,类,中,中,距,距,分,分,类,类,面,面,最,最,近,近,的,的,数,数,据,据,点,点,到,到,分,分,类,类,面,面,的,的,距,距,离,离,之,之,和,和,那,那,么,么,能,能,够,够,使,使,分,分,类,类,间,间,隔,隔,最,最,大,大,的,的,分,分,类,类,器,器,显,显,然,然,是,是,最,最,佳,佳,的,的,选,选,择,择,如,如,图,图1,所,所,示,示,。,。,图,图1a,的,的,分,分,类,类,面,面,分,分,类,类,间,间,隔,隔,较,较,小,小,图,图1b,中,中,的,的,分,分,类,类,面,面,分,分,类,类,间,间,隔,隔,比,比,较,较,大,大,显,显,然,然,图,图1b,所,所,示,示,的,的,分,分,类,类,器,器,拥,拥,有,有,更,更,好,好,的,的,泛,泛,化,化,性,性,能,能,。,。,3/9/2023,3/9/2023,如,果,果,待,待,分,分,的,的,两,两,类,类,不,不,是,是,线,线,性,性,可,可,分,分,的,的,，,，,这,这,时,时,可,可,以,以,设,设,法,法,通,通,过,过,非,非,线,线,性,性,变,变,换,换,将,将,原,原,样,样,本,本,空,空,间,间,的,的,非,非,线,线,性,性,问,问,题,题,转,转,化,化,为,为,另,另,一,一,个,个,空,空,间,间,中,中,的,的,线,线,性,性,问,问,题,题,，,，,这,这,样,样,就,就,可,可,以,以,通,通,过,过,上,上,述,述,方,方,法,法,完,完,成,成,分,分,类,类,。,。,3/9/2023,支持向量,机,机举例,下面以固,定,定凡尔漏,失,失和供液,不,不足这两,种,种故障类,型,型为例对,支,支持向量,机,机分类方,法,法进行具,体,体的阐述,。,。,支持向量,机,机的性能,优,优劣主要,取,取决于核,函,函数，目,前,前核函数,都,都是根据,经,经验来选,取,取的，经,过,过反复实,验,验最终选,用,用了径向,基,基核函数,。,。,3/9/2023,支持向量,机,机举例,接着对功,图,图数据进,行,行预处理,，,，主要包,括,括功图平,滑,滑和归一,化,化。固定,凡,凡尔漏失,的,的功图特,征,征主要为,功,功图左下,方,方呈圆形,缺,缺损，供,液,液不足的,功,功图特征,主,主要为下,行,行程功图,缺,缺失，因,此,此提取从,上,上死点开,始,始的108组载荷,数,数据作为,功,功图特征,数,数据。,将提取好,的,的数据作,为,为支持向,量,量机的输,入,入进行训,练,练，直到,训,训练达到,预,预定的识,别,别误差。,诊断系统,运,运行时，,将,将实时功,图,图数据进,行,行预处理,、,、特征提,取,取，然后,将,将处理好,的,的数据输,入,入到支持,向,向量机，,支,支持向量,机,机输出诊,断,断结果，,诊,诊断完成,。,。,3/9/2023,存在的问题,诊断系统从,成,成型到现在,，,，一直在工,程,程现场运行,，,，效果较令,人,人满意，方,便,便了现场人,员,员的日常工,作,作。,但该系统的,不,不足之处也,是,是存在的。,对,对于某些故,障,障类型缺乏,训,训练数据、,油,油井工作的,环,环境比较复,杂,杂、不同井,区,区即使相同,故,故障的功图,也,也可能存在,较,较大的差异,等,等等不确定,因,因素的影响,，,，诊断系统,在,在工作的过,程,程中可能出,现,现故障诊断,不,不出或误判,的,的情况。,3/9/2023,