一种基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法技术

一种基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，属于油井智能采集方法领域，其特征在于包括：首先提取油井生产的历史数据，判断当前油井的抽油机状态；抽油机状态包括调整态和稳定态；调整态为：当抽油机控制器以新的控制参数做出调节后抽油机进入调整态；稳定态为：抽油机以新的控制参数运行一段时间后，抽油机运行状态保持稳定转入稳定态；然后对处于稳定态的抽油机建立其电机输入频率和冲次之间关系建立油井生产过程中效果和冲次之间模型计算最佳冲次，完成有杆抽油机井冲次调节，本调节方法结合历史数据分析，选取冲次最优值，实现最优化，多目标优化策略，适用油田的不同生产需求；可实现油井降本增效，为实现绿色油田建设提供技术基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法
本专利技术属于油井智能采集方法领域，尤其涉及一种基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法。
技术介绍
近年来，随着国家碳中和的政策要求，实现有杆抽油系统节能降耗成为油田生产的重要任务。基于油田现场的数字化油田建设和国内有杆采油技术的发展，提出了大量有杆采油系统冲次优化技术：随着物联网技术和边缘计算技术的发展，油井示功图、电功图(三项电参及功率图、电流图等)数据采集技术已经基本成熟，油井功图计产、充满度、系统效率、功图面积等计算算法也已经初步完善，为实现油井智能控制奠定基础。随着国际油价的变动，以及油田实际生产复杂程度变化，单一产液量和耗电量已经不足以满足油田生产要求。同时随着油井控制要求提高，相关控制理论急需与油井生产实际工况相结合。在油井生产过程中，地层供液能力变化是一个稳态变化过程，井筒内页面变化也是缓慢等；同时针对不同的原油物理特性，相同的沉没度下，有杆抽油泵的吸入和排出工况也不完全相同，因为油井控制需结合油井工况来实现，而非简单调节控制；目前在针对油井的调控过程中，调控参数大多是依据经验获取或人工根据现场反馈进行调节，人力成本高、效率较低，且数字化水平低。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题，提供一种基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法。本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，包括：首先提取油井生产的历史数据，判断当前油井的抽油机状态；所述抽油机状态包括调整态和稳定态；所述调整态为：当抽油机控制器以新的控制参数做出调节后，抽油机进入调整态，在调整态期间抽油机工作状态正在发生改变；所述稳定态为：抽油机以新的控制参数运行一段时间后，抽油机运行状态保持稳定，抽油机工作状态转入稳定态；然后对处于稳定态的抽油机，首次调节，建立其电机输入频率F和冲次N之间关系；N＝d*F+e；(1)式中N为冲次，F为频率，d、e为常数。通过自学习建立油井生产过程中效果E和冲次N之间模型计算E的值：E＝Q产液量*WQ+Y*WY；(2)式中W为权重，E为效果，Q为产液量，Y为泵效(抽油泵效率的简称)，以E最大值作为调节目标；计算出最佳冲次N，完成有杆抽油机井冲次调节。本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，具体包括如下步骤：设定抽油机最小充满度ηmin；根据最小充满度ηmin，计算满足最小充满度时应当达到的冲次Nmin；待抽油机启动并运行进入稳定状态后，通过实时得到的功图数据，计算当前抽油机的冲次N；通过变频器获取当前电机频率F；当N<＝Nmin时，则判定抽油机停机，发出停机指示，等待恢复生产。计算抽油机的抽油泵的当前近似充满度η；当N>Nmin且η<ηmin时，通过调整电机频率F来调节冲次N；进入调节阶段，重复调节数次后使充满度η达到最小充满度ηmin；继续调节，当η>ηmin且N>Nmin时，启动自学习过程；所述抽油机启动并运行进入稳定状态后，同时开始油井数据分析，分析油井在稳定状态下，每个冲次条件下的充满度η、产液量Q、动液面H、泵效Y；当动液面H和充满度η在一定周期的变化幅度小于最小限度值时，判定油井进入新的稳定状态；当油井进入新的稳定状态后，在η>ηmin且Nmin<N<Nmax的条件下，再次进入学习过程，根据公式(2)统计不同冲次下E的值，从而分析出E值最大时候的最佳冲次，即完成有杆抽油机井冲次调节。进一步，本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，所述自学习过程包括：判断前期冲次调节阶段的调节次数；当调节次数大于等于1时，当前冲次为满足η>ηmin的最大冲次，在当前冲次基础上，通过控制变频器，降低冲次；当调节次数小于1时，在当前冲次基础上，通过控制变频器，使冲次增加；然后根据后续的调整效果判断是否需要减少冲次来继续进行调节。进一步，本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，所述分析出最佳E值的具体步骤为：根据公式(2)计算E值；将E值插入数据队里中，判断数据个数满足最小个数后，选取数据队列中的最大值，判断该E最大值是否处于有效数据的中间位置；若是，则返回最大值对应的冲次值；若不是，则判断是否处于起始位置；若是，则进行反向调节降低冲次；若不是，则进行正向调节提高冲次。进一步，本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，根据所述冲次N计算频率F的具体步骤为：根据公式(1)输出冲次数据N，判断是否为第一次计算；若是，则直接采用获取频率与冲次的预设关系参数d0和e0；若不是，则根据最近两次的数据，重新计算关系参数di和ei，并更新预设参数d0和e0；然后根据公式(1)计算出对应电机频率F。进一步，本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，所述抽油机的稳定态的判断过程包括：将冲次数值N插入历史数据队列；计算历史数据队列中n个冲次数据的平均值，计算本次数据与平均值的差值，检查差值是否在平衡状态允许范围内；若在，则抽油机达到稳定态；若不在，则抽油机未达到稳定态。进一步，本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，所述油井进入稳定状态的判断过程包括：将充满度数值η插入历史数据队列；计算历史数据队列中n个充满度数据的平均值，计算本次数据与平均值的差值，检查差值是否在平衡状态允许范围内；若在，则油井达到稳定态；若不在，则油井未达到稳定状态。进一步，本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，所述抽油机的稳定态的判断过程包括：通过对抽油机实时采集数据，计算出每个功图周期；当有连续n个功图周期中，每个周期Ti与这n个周期的平均周期T的差值稳定在一固定范围内时，则抽油机工作状态进入稳定状态；所述稳定状态通过以下指标条件进行判断：1)产液量稳定条件且其中：QAV为功图产液量平均值；ΔX为产液量变化量；Qi为第i周期的产液量；2)功图面积稳定条件其中：SAG为地面功图面积平均值、Δy为地面功图面积变化量、Si为第i周期的地面功图面积；同时满足条件1)和2)时则判定抽油机工作状态进入稳定状态。进一步，本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，其特征在于：所述抽油机工作状态进入稳定状态后，稳态产液量和稳态泵效的计算公式如下：稳态产液量：稳态泵效：其中，Qcv为稳态产液量；Ycv为稳态泵效；n为数量。本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法的技术效果：(1)结合油田生产工艺，为油田生产提供一套基于自学习的参数优化方法，实现一井一策；(2)实现油井参数优化过程自动评价验证调节后的效果，可靠性更高；(3)结合历史数据分析，选取冲次最优值，实现最优化，多目标优化策略，适用油田的不同生产需求；(4)可实现油井降本增效，为实现绿色油田建设提供技术基础。附图说明图1为本专利技术所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法流程示意图；图2为本专利技术实施例所述输入数据检查及处理流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，其特征在于包括：首先提取油井生产的历史数据，判断当前油井的抽油机状态；所述抽油机状态包括调整态和稳定态；/n所述调整态为：当抽油机控制器以新的控制参数做出调节后，抽油机进入调整态，在调整态期间抽油机工作状态正在发生改变；/n所述稳定态为：抽油机以新的控制参数运行一段时间后，抽油机运行状态保持稳定，抽油机工作状态转入稳定态；/n然后对处于稳定态的抽油机，首次调节，建立其电机输入频率F和冲次N之间关系；N＝d*F+e； (1)/n式中N为冲次，F为频率，d、e为常数；/n通过自学习建立油井生产过程中效果E和冲次N之间模型计算E的值：/nE＝Q

【技术特征摘要】
1.一种基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，其特征在于包括：首先提取油井生产的历史数据，判断当前油井的抽油机状态；所述抽油机状态包括调整态和稳定态；
所述调整态为：当抽油机控制器以新的控制参数做出调节后，抽油机进入调整态，在调整态期间抽油机工作状态正在发生改变；
所述稳定态为：抽油机以新的控制参数运行一段时间后，抽油机运行状态保持稳定，抽油机工作状态转入稳定态；
然后对处于稳定态的抽油机，首次调节，建立其电机输入频率F和冲次N之间关系；N＝d*F+e；(1)
式中N为冲次，F为频率，d、e为常数；
通过自学习建立油井生产过程中效果E和冲次N之间模型计算E的值：
E＝Q产液量*WQ+Y*WY；(2)
式中W为权重，E为效果；Q为产液量；Y为泵效；以E最大值作为调节目标；计算出最佳冲次N，完成有杆抽油机井冲次调节。


2.根据权利要求1所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，其特征在于，具体包括如下步骤：设定抽油机最小充满度ηmin；
根据最小充满度ηmin，计算满足最小充满度时应当达到的冲次Nmin；
待抽油机启动并运行进入稳定状态后，通过实时得到的功图数据，计算当前抽油机的冲次N；通过变频器获取当前电机频率F；
当N<＝Nmin时，则判定抽油机停机，发出停机指示，等待恢复生产；
计算抽油机的抽油泵的当前近似充满度η；
当N>Nmin且η<ηmin时，通过调整电机频率F来调节冲次N；
进入调节阶段，重复调节数次后使充满度η达到最小充满度ηmin；
继续调节，当η>ηmin且N>Nmin时，启动自学习过程；
所述抽油机启动并运行进入稳定状态后，同时开始油井数据分析，分析油井在稳定状态下，每个冲次条件下的充满度η、产液量Q、动液面H、泵效Y；当动液面H和充满度η在一定周期的变化幅度小于最小限度值时，判定油井进入新的稳定状态；
当油井进入新的稳定状态后，在η>ηmin且Nmin<N<Nmax的条件下，再次进入学习过程，根据公式(2)统计不同冲次下E的值，从而分析出E值最大时候的最佳冲次，即完成有杆抽油机井冲次调节。


3.根据权利要求1或2所述基于自学习的有杆抽油机井冲次调节方法，其特征在于，所述自学习过程包括：判断前期冲次调节阶段的调节次数；当调节次数大于等于1时，当前冲次为满足η>ηmin的最大冲次，在当前冲次基础上，通过控制变频器，降低冲次；当调节次数小于1时，在当前冲次基础上，通过控制变频器，使冲次增加；然后根据后续的调整效果判断是否需要减少冲次来继续进行调节。


4.根据权利要求3所述基...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟辉，罗亚东，金静斌，杨子琼，
申请(专利权)人：陕西埃菲克能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61