周春燕++李兵元++陳雷

[摘 要] 稠油采用蒸汽驅(qū)動，采出液常伴隨蒸汽，蒸汽穩(wěn)定性差，因此，采出液流量變化大，瞬時流量不能反映油井的真實生產(chǎn)狀態(tài)，產(chǎn)量精確計量非常困難。通過分析稠油生產(chǎn)不同層面的生產(chǎn)特點和信息需求特點，建立多級矯正系統(tǒng)，確定了稠油產(chǎn)量精確計量的方法。

[關(guān)鍵詞] 稠油；精確計量；多級矯正

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 19. 084

[中圖分類號] TP311 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）19- 0197- 03

1 項目背景

由于稠油生產(chǎn)過程的特殊性，產(chǎn)量精確計量非常困難。

在廠級分線計量方面，采用人工量油的方式，通過對大罐液位的變化計量液量，液位的變化可由下式表示：

Δh= f（Q）dt

由上式可以看出，液位變化不僅與流量變化有關(guān)，還與流量的積分時間有關(guān)，因此，盤庫方式的計量結(jié)果往往具有較大的滯后性的特點，不能及時反映生產(chǎn)實際，另外人工測量液位及油層厚度誤差較大，生產(chǎn)指揮中采用這樣的數(shù)據(jù)常出現(xiàn)與現(xiàn)場不符的現(xiàn)象，影響采油廠生產(chǎn)協(xié)調(diào)，生產(chǎn)決策、配產(chǎn)及考核工作。

在計量站計量方面，采用人工定時大罐液位方式計量，由于稠油生產(chǎn)隨機性大的原因，定時計量存在片面性的問題。

在單井計量方面，由于稠油采用蒸汽驅(qū)動，采出液常伴隨蒸汽，蒸汽穩(wěn)定性差，因此，采出液流量變化大，瞬時流量不能反映油井的真實生產(chǎn)狀態(tài)，如果通過長時間計量可得到油井階段生產(chǎn)狀況。

2 項目研究主要內(nèi)容

2.1 分線計量技術(shù)研究

含水分析儀采集的實時數(shù)據(jù)，是當(dāng)時流過管線中的原油液體的含水率，實時的數(shù)據(jù)是不能反映出當(dāng)天站庫整體的含水情況的，所以需要通過大量實時的含水值計算出當(dāng)天的整體含水情況，這里面采用積分算法。

現(xiàn)場實現(xiàn)中，經(jīng)過半個月的調(diào)試、標(biāo)定，在線儀表和人工化驗的含水結(jié)果基本吻合。

2.2 計量站計量技術(shù)研究

計量站計量采用兩種方式，一是有輸油泵的計量方式，二是依靠自壓的無泵方式。根據(jù)有泵的計量站工藝特點，從節(jié)省計量成本的角度考慮，通過對液位變化（見圖1）的測量與液位的積分運算，實現(xiàn)大罐計量。

根據(jù)無泵的計量站工藝特點，采用流量計累計計量的方式計量，在儀表的選型上，考慮稠油含砂量高的特點，選用了不易阻塞的靶式流量計，優(yōu)點是維護量小，但其計量范圍較小，通常要求明確計量范圍，根據(jù)生產(chǎn)工藝中的計量站實際流量選擇相適應(yīng)的量程，這樣做工作量大，但效果明顯。

2.3 單井產(chǎn)量計量技術(shù)研究

在單井計量方面，分析了翻斗計量、分離器計量、流量計計量在稠油計量過程中的問題后，最終采用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，回避直接計量方式中的各種缺陷。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，簡稱神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一種模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能的數(shù)學(xué)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以從數(shù)據(jù)中自動地獲取知識，逐步地把新數(shù)據(jù)結(jié)合到其映射函數(shù)中去，并執(zhí)行邏輯的假設(shè)檢驗，通過這種能力，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常適合于處理某類知識，特別是不精確的知識。

2.3.1 充滿度計算

通過直接計算和間接計算充滿度，直接計算是從功率曲線直接尋找刀把拐點，并以此計算充滿度，這種計算優(yōu)勢是計算量相對較小，代碼可直接應(yīng)用與嵌入式系統(tǒng)。間接計算是先將功率數(shù)據(jù)擬合出載荷數(shù)據(jù)，再在載荷數(shù)據(jù)上尋找刀把拐點，并以此計算充滿度，這種計算優(yōu)勢是計算結(jié)果準(zhǔn)確度高，接近人工標(biāo)注。利用卡爾曼濾波，融合兩種算法的計算結(jié)果，最終計算準(zhǔn)確度高的充滿度。

2.3.2 泵漏失計算

漏失是由于游動凡爾和固定凡爾工作不良而造成上沖程載荷加載緩慢，下沖程載荷過早釋放，導(dǎo)致載荷功圖頂部或底部出現(xiàn)拱形，面積減小。井下泵工作正常時的載荷功圖左右和上下曲線平行，接近平行四邊形。由于漏失的存在，載荷功圖的四角會變得圓滑。通過計算由于漏失造成的載荷功圖面積的缺失占載荷功圖總面積的比例，得到抽油機的漏失系數(shù)。由于供液不足，氣體影響等多種原因都會對右下角的缺失面積產(chǎn)生影響，為了不重復(fù)計算，將右下角的缺失歸納為供液不足，而在計算漏失時，只計算剩下三個角的面積，見圖2，計算公式如下：

漏失系數(shù)= （s1+s2+s3）/s。

由于某些井的載荷功圖的上沖程不夠水平，在計算漏失時誤差較大，所以在計算前先對載荷功圖進行校正，使載荷供圖上沖程的曲線基本維持水平，并在校正后的載荷功圖上計算漏失。

2.3.3 訓(xùn)練庫的建立

訓(xùn)練庫是準(zhǔn)確計算示功圖的基礎(chǔ)，訓(xùn)練庫的質(zhì)量好壞決定著計算的精度，它的大小決定著計算的速度。訓(xùn)練庫的構(gòu)建原則是，學(xué)習(xí)庫的量程覆蓋要廣，工況類型要全，規(guī)模盡可能的小。

單井?dāng)?shù)據(jù)訓(xùn)練的優(yōu)點是數(shù)據(jù)一致性好，易擬合；針對性強，突出個性，但缺點是工況類型少，擴展性差；訓(xùn)練庫選取工作量大。多井?dāng)?shù)據(jù)訓(xùn)練的優(yōu)點是工況種類較多，缺點是不同抽油機的數(shù)據(jù)會有些許差異，造成擬合困難。

2.4 多級校正技術(shù)的研究

2.4.1 多級校正技術(shù)路線

公司稠油生產(chǎn)目前有三個級別的計量系統(tǒng)，并且各系統(tǒng)分別具有獨立模型、獨立算法，在三級系統(tǒng)分別計算處理時，應(yīng)用到大量的參數(shù)及方法，但只能同儀表或人工計量數(shù)據(jù)進行對比，無法保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。因此，通過各計量系統(tǒng)之間的相互校正不僅可以提高計量產(chǎn)量的準(zhǔn)確率，并且還能找到故障源頭。

2.4.2 多級校正應(yīng)用方法

通過研究各系統(tǒng)影響計量產(chǎn)量的因素，建立系統(tǒng)特征值，開發(fā)預(yù)警報表，快速定位異常站或異常井，加快故障處理速度，提高系統(tǒng)性能。

2.4.2.1 分線計量與計量站計量產(chǎn)量相互校正

當(dāng)分線計量與計量站計量產(chǎn)量的誤差率δ1>±3%時，查看計量站系統(tǒng)的特征值，通過特征值的偏差提示定位異常站，再進一步對異常站進行追蹤處理，若計量站系統(tǒng)沒有問題，再反向排查分線系統(tǒng)是否異常，通過相互校正，提高計量效果。誤差率δ1的計算公式如下：

δ1= >±3%

計量站計量系統(tǒng)目前有4個特征值，分別為模擬泵效、電機負載、測量干擾、日產(chǎn)量誤差率。

2.4.2.2 計量站計量與單井計量產(chǎn)量相互校正

當(dāng)計量站計量與單井計量產(chǎn)量的誤差率δ2>±10%時，查看計量站系統(tǒng)的特征值，通過特征值的偏差提示定位異常井，再進一步對異常井進行單井診斷，若單井沒有問題，再反向排查計量站計量系統(tǒng)是否異常，通過相互校正，提高計量效果。誤差率δ2的計算公式如下：

δ2= >±10%

單井計量系統(tǒng)目前有2個特征值，分別為井口溫度和誤差率，日產(chǎn)量誤差率。

3 成果先進性對比

（1）利用數(shù)字積分算法，自主研發(fā)液量、含水率計算算法，代替過去簡單平均的方法，得到較可靠的計算結(jié)果。

（2）采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行單井產(chǎn)量計量，避免了傳統(tǒng)稠油計量因工藝復(fù)雜、故障率高、不能連續(xù)長時間計量的問題，主要依賴抽油機電流分析，硬件投入少，計量過程故障率明顯下降，計量可靠性得到保障。將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引用到單井產(chǎn)量計算研究中，探索一套適用于現(xiàn)場單井計量的可行計算方法。

（3）計量站大罐自動計量方法充分利用了現(xiàn)有硬件資源，在不增加硬件投入的條件下，通過分析液位變化，利用軟件技術(shù)實現(xiàn)計量，實現(xiàn)了計量站的產(chǎn)量計量，技術(shù)上重點考慮的數(shù)據(jù)清洗、濾波等技術(shù)應(yīng)用，似的計量結(jié)果更真實、穩(wěn)定、可靠。

（4）廠級分線計量方法根據(jù)稠油集油工藝特點，從計量系統(tǒng)的工藝安裝到數(shù)據(jù)分析計算充分考慮了隨機現(xiàn)象對計量結(jié)果的影響，通過長期觀察得出隨機分布特征，采取相適應(yīng)的算法，實現(xiàn)了產(chǎn)量的自動化計量。

（5）應(yīng)用多級校正模型，各系統(tǒng)相互校正，保證了各級計量產(chǎn)量的準(zhǔn)確性，通過系統(tǒng)特征值快速定位異常情況，為生產(chǎn)管理提供可靠依據(jù)。

4 綜合效益分析

（1）針對作業(yè)區(qū)來液波動導(dǎo)致的產(chǎn)量計量誤差大的問題，綜合利用自動化、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過對各作業(yè)區(qū)來液含水及流量的全過程分析，得到了更加符合生產(chǎn)實際的作業(yè)區(qū)日產(chǎn)量數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場生產(chǎn)指揮提供了準(zhǔn)確的生產(chǎn)信息。

（2）根據(jù)計量站特點，研究適合現(xiàn)場的產(chǎn)量分析方法，建立了流量計分析法和液位分析法相結(jié)合的稠油計量站計量模式，為班組管理提供了有效信息。

（3）針對稠油井產(chǎn)量計量困難的問題，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析抽油機運行電流隨沖程的變化，擬合油井載荷、充滿度及產(chǎn)量等指標(biāo)，結(jié)合統(tǒng)計規(guī)律，評價抽油機生產(chǎn)狀態(tài)。對70口井進行實驗，現(xiàn)場符合率達到80%，為實現(xiàn)采油生產(chǎn)過程遠程監(jiān)控，提高管理效率，探索了新的方法。

主要參考文獻

[1]工業(yè)和信息化部電信研究院. 大數(shù)據(jù)白皮書[R]. 北京：工業(yè)和信息化部電信研究院，2014.

[2]張蕾，章毅. 大數(shù)據(jù)分析的無限深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[J].計算機研究與發(fā)展，2016，53（1）.

[3]張會先.自適應(yīng)濾波算法的研究與應(yīng)用[D]. 西安：西安電子科技大學(xué)，2012.

[4]何夢醒，唐晨，趙勝秋，等.油氣水三相流管道流動規(guī)律研究進展[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（13）.

[5]楊婷婷.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油田開發(fā)指標(biāo)預(yù)測模型及算法研究[D].大慶：東北石油大學(xué)，2013.