一种柱塞气举排液采气生产制度的优化方法技术

本发明专利技术属于天然气田开发技术领域，特别是一种柱塞气举排液采气生产制度的优化方法，包括选取待优化柱塞气举井对应区块的多口柱塞气举井的历史生产数据作为训练集样本，将待优化柱塞气举井的生产制度作为测试样本XItem，计算测试样本XItem与训练集样本中任意样本的距离；圈定距离最近的k个训练对象，作为测试对象的近邻；根据这k个近邻归属的主要类别，来对测试对象分类；本发明专利技术利用本区块或相邻区块的柱塞气举井的数据，以产气量最大为目标，建立基于KNN算法的柱塞气举生产制度优化模型，匹配出最优控制方式和生产制度，实现了生产制度优化的效果。该方法能提高寻求最优的开关井时间和开井油套压，实现产量最大化，提高整体开发效果和经济效益。

An optimization method of gas production system by plunger gas lift

The invention belongs to the technical field of natural gas field development, in particular to an optimization method of plunger gas lift liquid drainage gas production system, which includes selecting the historical production data of multiple plunger gas lift wells in the corresponding block of the plunger gas lift wells to be optimized as the training set samples, taking the production system of the plunger gas lift wells to be optimized as the test sample xitem, calculating the test sample xitem and any of the training set samples The invention uses the data of plunger gas lift wells in the block or adjacent block, with the maximum gas production as the target, establishes the optimization model of plunger gas lift production system based on KNN algorithm, and matches the optimal control method And the production system has realized the effect of production system optimization. This method can improve the search for the optimal well opening time and casing pressure, maximize the production, and improve the overall development effect and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种柱塞气举排液采气生产制度的优化方法
本专利技术属于天然气田开发
，特别是一种柱塞气举排液采气生产制度的优化方法。
技术介绍
柱塞气举是利用柱塞作为气体和液体之间的机械界面，地层和油套环空中储层的气体推动柱塞周期性排液，能有效地减少气体上窜和液体回落，减少液体“滑脱”效应，现场试验表面，柱塞气举油套压变化跟生产制度有关。若关井时间较长，油压一直下降，直到柱塞到达井口后会小幅度上升再下降。若关井时间合理，油压会先下降后上升再下降。柱塞气举过程中油套压变化如图2所示。①当气动薄膜阀关闭时，柱塞在自身重力作用下在油管内穿过气液下落到卡定器。关井初期油压恢复较快，之后油压的恢复情况由地层供气能力控制。②柱塞下落到达井下卡定器位置处，液面通过柱塞与油管的间隙上升至柱塞以上聚积。③地面控制器控制薄膜阀打开，套管气和进入井筒内的地层气在油管膨胀，推动柱塞及上部液体离开卡定器开始上升，直到柱塞到达井口。开井后，气体从井口产出，油压迅速降低，柱塞逐渐加速上升；同时套管气进入油管举升柱塞，套压下降。④环空套压迫使柱塞及柱塞以上的液体继续上行。若关井时间较短，柱塞无法到达地面，柱塞及柱塞以上的液体部分到达地面，部分下落到井底；若关井时间合理(见图2-Ⅱ部分)，则由于控制阀节流，油压又开始增加；当柱塞到达井口后，油压会继续增加，套压降到最小值；若关井时间较长(见图2-Ⅰ部分)，则油压和套压一直处于下降，柱塞很快到达地面，但关井时间较长，产量并不一定高，从图上(图2-Ⅰ部分)可看出，瞬时气量迅速下降，比图2-Ⅰ部分产量低。若生产气井自身能量不足，生产一段时间后，套压下降后又会上升，此时井底已经积液，因此开井时间不易过长。⑤根据设置的关井时间，地面控制器控制薄膜阀关闭生产管线，柱塞再次在自身重力作用下开始下落。可见，柱塞气举过程中的生产制度，不仅影响柱塞的顺利起落，也影响井筒中的油套压的恢复，进而影响排液效果。随着低压低产致密气田的开采，柱塞气举在低压低产井上的应用越来越广泛，曾被认为是低压低产致密气田开采最有效的开采方式。合理的生产制度是柱塞气举排液采气工艺成败的关键性因素，但是，目前柱塞气举排液采气的生产制度的调整，需要技术人员的经验知识对生产状况进行动态分析，不定时地进行人工现场调参，这种方法依赖于工程师的经验知识，受时间、地理位置及气候的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种柱塞气举排液采气生产制度的优化方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种柱塞气举排液采气生产制度的优化方法，包括以下步骤：(1)根据对柱塞气举排液采气生产动态的特征分析，得出影响工艺的不可控因素和可控因素，基于影响柱塞气举效果的因素来建立数据模型以及待优化柱塞气举井的模式矩阵；(2)通过数据预处理，数据规范化将原始数据处理成算法可以读取的输入值，并计算属性权重和时间权重；(3)选取待优化柱塞气举井对应区块的多口柱塞气举井的历史生产数据作为训练集样本X1，X2，X3，…，Xn；其中，n为柱塞气举井的个数；将待优化柱塞气举井的生产制度作为测试样本XItem，考虑柱塞气举各影响因素的属性权重和时间权重，计算测试样本XItem与训练集样本X1，X2，X3，…，Xn中任意样本的距离dXItem,X1，dXItem,X2，dXItem,X3，…，dXItem,Xn；(4)将dXItem,X1，dXItem,X2，dXItem,X3，…，dXItem,Xn进行排序，取前M个相似的训练集样本，然后得到各相似样本的相似度权重：A＝[A1，A2，A3，…，Aq]，q＝1,2,3，…，M从M个相似的样本中选取K个最相似的样本；(5)对前K个相似的训练集样本进行分析，统计权重次数，根据优化目标，对柱塞气举井生产制度优化。本专利技术中，柱塞气举的效率主要受地层参数、柱塞特性参数和生产制度参数的影响，其中地层参数包括井深、地层压力、地层无阻流量等；柱塞特性参数包括柱塞类型、柱塞重量、柱塞外径和卡定器深度；生产制度参数包括开井时间、关井时间、开井油压、开井套压、输气管线压力、油套管规格。将影响柱塞气举生产效率的因素分成两个方面：静态参数和动态参数，静态参数是不可控参数，包括柱塞参数、地质参数，动态参数是可控参数，主要包括开关井时间和开井油套压。本专利技术中，影响柱塞气举效果的因素主要有：输气管线压力、井底压力、气液比、无阻流量、柱塞重量、循环周期、卡定器下深、液体动力粘度、开井油压、关井油压、开井套压、关井套压、开井时间、关井时间、日产水量、日产气量。在步骤(1)中，根据影响柱塞气举效果的因素建立16维的数据模型。本申请的专利技术人发现，柱塞气举数据具有量大、维度高、动态性及多时标性、不完整性和数据异常等特点，若能较好地利用好这些数据，就能更好得地对柱塞气举工作制度进行优化，提高生产效率。而柱塞气举数据的关系非线性化严重，为了从柱塞气举数据中挖掘出其中隐含的规律，本专利技术利用K近邻算法来研究柱塞气举数据。K近邻算法即KNN算法，是从训练集中找到和新数据最接近的K条记录，然后根据其主要分类来决定新数据的类别。1)算距离：给定测试对象，计算它与训练集中的每个对象的距离；距离越近意味着这两个点属于一个分类的可能性越大。距离衡量包括欧式距离、巴氏距离、曼哈顿距离等。本专利技术采用欧式距离来进行匹配。2)找邻居：圈定距离最近的k个训练对象，作为测试对象的近邻。3)做分类：根据这k个近邻归属的主要类别，来对测试对象分类；根据距离的远近，对近邻的投票进行加权，距离越近则权重越大(权重为距离平方的倒数)。鉴于欧式距离可用于衡量多维空间中两个点的绝对距离，面对柱塞气举这个未知的领域，本专利技术采用了基本的距离度量方式，即欧式距离。所述的欧式距离指在m维空间中两个点之间的真实距离，或者向量的自然长度(即该点到原点的距离)。在二维和三维空间中的欧氏距离就是两点之间的实际距离。n维空间上的两点a(x1，x2，…xn)，b(y1，y2，…yn)的欧式距离为dab，且：由于前文分析得出柱塞气举的影响因素主要有16个，故建立数据模型时采用16维的欧式距离来计算，这也符合欧式距离衡量多维空间两点距离的特性。也即，在步骤(3)中，测试样本XItem与训练集样本X1，X2，X3，…，Xn中任意样本的距离的衡量采用欧式距离。具体的，在权重设置中，设某层次分析结构模型中的准则层有n个指标，即G1，G2，…，Gn，各指标的权重分别为W1，W2，…，Wn，且W1+W2+…+Wn＝1为构造判断矩阵，先将准则层中各项指标进行两两比较，再利用三标度法构造如下所示的比较矩阵：其中：标度矩阵可通过数学换算得到各个指标的重要程度。(1)求出C的最优传递矩阵O：其中：(2)将最优传递矩阵O转化为一致性矩阵D：其中：dij＝exp{Oij}。(3)求D的特征向量W。由方根法可求得W＝[W1，W2，…，Wn]T，即表示各指标的权重。与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：本专利技术提供的柱塞气举排液采气生产制度的优化方法，利用本区块或相邻区块的柱塞气举井的数据，以产气量最大为目标，建立基于KNN算法的柱塞气举生产制度优化模型，匹配出最优控制方式和生产制度，实现了生产制度优化的效果。该方法能提高寻求最优的开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柱塞气举排液采气生产制度的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据对柱塞气举排液采气生产动态的特征分析，得出影响工艺的不可控因素和可控因素，基于影响柱塞气举效果的因素来建立数据模型以及待优化柱塞气举井的模式矩阵；(2)通过数据预处理，数据规范化将原始数据处理成算法可以读取的输入值，并计算属性权重和时间权重；(3)选取待优化柱塞气举井对应区块的多口柱塞气举井的历史生产数据作为训练集样本X1，X2，X3，…，Xn；其中，n为柱塞气举井的个数；将待优化柱塞气举井的生产制度作为测试样本XItem，考虑柱塞气举各影响因素的属性权重和时间权重，计算测试样本XItem与训练集样本X1，X2，X3，…，Xn中任意样本的距离dXItem,X1，dXItem,X2，dXItem,X3，…，dXItem,Xn；(4)将dXItem,X1，dXItem,X2，dXItem,X3，…，dXItem,Xn进行排序，取前M个相似的训练集样本，然后得到各相似样本的相似度权重：A＝[A1，A2，A3，…，Aq]，q＝1,2,3，…，M从M个相似的样本中选取K个最相似的样本；(5)对前K个相似的训练集样本进行分析，统计权重次数，根据优化目标，对柱塞气举井生产制度优化。...

【技术特征摘要】
1.一种柱塞气举排液采气生产制度的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)根据对柱塞气举排液采气生产动态的特征分析，得出影响工艺的不可控因素和可控因素，基于影响柱塞气举效果的因素来建立数据模型以及待优化柱塞气举井的模式矩阵；(2)通过数据预处理，数据规范化将原始数据处理成算法可以读取的输入值，并计算属性权重和时间权重；(3)选取待优化柱塞气举井对应区块的多口柱塞气举井的历史生产数据作为训练集样本X1，X2，X3，…，Xn；其中，n为柱塞气举井的个数；将待优化柱塞气举井的生产制度作为测试样本XItem，考虑柱塞气举各影响因素的属性权重和时间权重，计算测试样本XItem与训练集样本X1，X2，X3，…，Xn中任意样本的距离dXItem,X1，dXItem,X2，dXItem,X3，…，dXItem,Xn；(4)将dXItem,X1，dXItem,X2，dXItem,X3，…，...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀朝东，宋文容，李楼楼，宋健，
申请(专利权)人：北京雅丹石油技术开发有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11