一种考虑太阳能的抽油机不停机间抽优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑太阳能的抽油机不停机间抽优化方法，该方法基于微电网系统内的微网能量管理系统对光伏发电量的预测，并对油井历史油井产液量与耗电量数据进行训练拟合建模，以预测在特定产液量要求下的油井耗电量，进而根据新能源发电量与用电负荷的关系，进行抽油机不停机间抽制度的优化与调控。对于发电量大于负荷的情况，调节抽汲生产参数以达到较高的泵效，并将多余能量以热能进行存储；而对于发电量低于负荷的情况，结合峰谷电价，优化不停机间抽制度，达到在保证产液量的基础上降低碳排放和生产成本的目的。上降低碳排放和生产成本的目的。上降低碳排放和生产成本的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑太阳能的抽油机不停机间抽优化方法


[0001]本专利技术涉及原油开采企业的抽油机间抽领域，具体为综合考虑光伏新能源和传统供电，以优化抽油机不停机间抽制度。

技术介绍

[0002]不停机间抽采油是油田生产过程中常用的生产管理模式，其通过以整周运行与小幅度摆动运行组合方式代替传统人工启停的间抽方式，能够依据峰谷电价、供液量变化等情况，降低抽油机电能消耗，提升采油效率。
[0003]近年来，基于分布式发电技术的小型模块化、分散供能的微电网系统日趋成熟，已在油田现场开始应用。微电网系统内的微网能量管理系统可根据天气预报、微气象站、历史数据、光伏参数等信息，借助相似日法、人工智能算法、组合预测法等不同预测模型对新能源电站的发电功率进行预测，为多能互补协调优化控制提供数据支撑。此外，通过将油井伴生气加热炉改为直流电加热炉的方式，当新能源发电功率大于用电负荷时，微网系统还能根据光照强度实时调节加热功率，让电加热炉起到一定的储热功能。总之，通过接入新能源电力，可进一步降低用电成本，提高系统效率，减少碳排放。
[0004]然而，光伏发电易受太阳辐射强度等外在因素影响，导致每日发电量并不不同，现有不停机间抽方法尚未考虑到太阳能发电量的变化，无法较好匹配抽油机负载功率和新能源电网功率，从而导致能源浪费，系统效率还需要进一步提升。
[0005]因此，亟需一种考虑太阳能的抽油机不停机间抽优化方法，在保证油井产液量的基础上，优化抽油机不停机间抽工作制度，充分利用太阳能，减少公网的火电电能消耗，对减少碳排放、降低生产成本具有重要价值。

技术实现思路

[0006]针对上述缺陷，本专利技术公开一种考虑太阳能的抽油机不停机间抽优化方法，该方法通过微网能量管理系统预测太阳能发电量，在保证产液量的基础上，实现新能源消纳最大化，良好匹配不停机间抽下的抽油机功率和新能源电网功率，以减少碳排放，降低生产成本。
[0007]该方法具体包含以下步骤：
[0008]1)采集微网能量管理系统预测的油田单日光伏发电量k
p
；
[0009]2)根据采油企业设置的油井单日产液量阈值Q
Th
计算油井耗电量k，其中油井耗电量k求解步骤如下：
[0010]2‑
1)采集油井耗电量历史数据K与产液量历史数据Q；
[0011]2‑
2)以Q为输入值，K为输出值进行数据拟合，得到拟合模型M；
[0012]2‑
3)基于Q
Th
，采用模型M进行油井耗电量预测，得到预测值k。
[0013]3)判断是否k
p
‑
k＞0，若是，则转到步骤4)，否则转到步骤6)；
[0014]4)判断抽油机泵效η是否大于泵效阈值η
Th
，若是，则不调整抽汲生产参数，否则调
节抽汲生产参数冲程s和冲次m直至η＞η
Th
，其中泵效η计算公式如下：
[0015][0016]其中，Q
act
为实际测得的产液量，Q
the
为理论产液量，α为泵径系数，D为泵径，s为光杆冲程，m为冲次；
[0017]5)将多余新能源电能通过电加热炉转换为热能，进行能量存储，并转到步骤10)；
[0018]6)根据峰谷电价，将抽油机运行时段划分为白天时段T1和夜晚时段T2，其中所述白天时段T1和夜晚时段T2具有如下关系：
[0019][0020]其中，t1为T1时段起始时刻，t2为T1时段结束时刻，t3为T2时段结束时刻；
[0021]7)设置决策变量，包括T1时段不停机间抽整周运行时间x1、T1时段小幅度摆动运行时间x2、T2时段不停机间抽整周运行时间x3和T2时段小幅度摆动运行时间x4；
[0022]8)将决策变量转换为T1时段耗电量k
d
和T2时段耗电量k
n
，其中T1时段耗电量k
d
和T2时段耗电量k
n
满足下式：
[0023][0024]其中，p1为抽油机整周运行功率，p2为抽油机小幅度摆动运行功率，T0为抽油机不停机间抽运行周期，n1为T1时段整周运行次数，n2为T1时段小幅度摆动运行次数，n3为T2时段整周运行次数，n4为T2时段小幅度摆动运行次数，N为抽油机井数量；
[0025]9)以最小化成本为目标建立目标函数L,并根据目标函数和产液量约束求解得到优化后不停机间抽决策变量x1、x2、x3和x4：
[0026]min(L)＝min(θ1(k
d
‑
k
p
)+θ2k
n
)
[0027]式中，θ1为T1时段电价，θ2为T2时段电价，其中产液量约束满足下式：
[0028]N
×
(q
d
n1x1+q
n
n3x3)≥Q
th
[0029]其中，q
d
为T1时段整周运行单位时间产液量，q
n
为T2时段整周运行单位时间产液量；
[0030]10)将优化求得的抽汲生产参数值和决策变量下发给底层控制系统执行。
[0031]有益效果：
[0032]本专利技术公开了一种考虑太阳能的抽油机不停机间抽优化方法，基于微电网系统内的微网能量管理系统对光伏发电量的预测，通过优化从而更好地匹配抽油机负载功率和新能源电网功率。该方法不仅能够有效降低抽油机人工启停的安全隐患，而且能够充分利用太阳能，减少公网火电电能的消耗，从而降低了碳排放和生产成本，提高了能源综合利用效
率，从而为油田生产过程带来重要的经济效益和环境效益。
附图说明
[0033]图1为本专利技术中方法流程图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图以及具体的算例，给出详细的计算过程和具体操作流程，以对本专利技术作进一步说明。本实施案例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施案例。
[0035]本案例以某采油企业为例来说明本方法的有效性及实施过程，其工作流程如图1所示，以2022年7月至8月之间的4口油井生产数据构建数据集，分析本文方法对降低碳排放、节约生产成本的有效性。
[0036]具体的实施步骤如下：
[0037]1)采集微网能量管理系统预测的油田单日光伏发电量k
p
＝1231.5kWh；
[0038]2)根据采油企业设置的油井单日产液量阈值Q
Th
＝20t，计算油井耗电量k，其中油井耗电量k求解步骤如下：
[0039]2‑
1)采集油井耗电量历史数据K与产液量历史数据Q；
[0040]2‑
2)以Q为输入值，K为输出值，采用一元线性回归模型进行数据拟合，得到模型M；
[0041]2‑
3)基于Q
Th
＝20t，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑太阳能的抽油机不停机间抽优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集微网能量管理系统预测的油田单日光伏发电量k
p
；2)根据采油企业设置的油井单日产液量阈值Q
Th
计算油井耗电量的预测值k；3)判断是否k
p
‑
k＞0，若是，则转到步骤4)，否则转到步骤6)；4)判断抽油机泵效η是否大于泵效阈值η
Th
，若是，则不调整抽汲生产参数；否则调节抽汲生产参数冲程s和冲次m直至η＞η
Th
；5)将多余新能源电能通过电加热炉转换为热能，进行能量存储，并转到步骤10)；6)根据峰谷电价，将抽油机运行时段划分为白天时段T1和夜晚时段T2；7)设置决策变量，包括T1时段不停机间抽整周运行时间x1、T1时段小幅度摆动运行时间x2、T2时段不停机间抽整周运行时间x3和T2时段小幅度摆动运行时间x4；8)将决策变量转换为T1时段耗电量k
d
和T2时段耗电量k
n
；9)以最小化成本为目标建立目标函数L，并根据目标函数求解得到优化后不停机间抽决策变量x1、x2、x3和x4：min(L)＝min(θ1(k
d
‑
k
p
)+θ2k
n
)式中，θ1为T1时段电价，θ2为T2时段电价；10)将优化求得的抽汲生产参数值和决策变量下发给底层控制系统执行。2.根据权利要求1所述的一种考虑太阳能的抽油机不停机间抽优化方法，其特征在于步骤2)所述油井耗电量k求解步骤如下：2
‑
1)采集油井耗电量历史数据K与产液量历史数据Q；2
‑
2)以Q为输...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈夕松，钱帅康，曹兴广，涂娟，姜磊，
申请(专利权)人：南京富岛油气智控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：