賈菲*

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大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測與周期性評價軟件的應用

賈菲*

(中國石油吉林油田分公司長春采油廠工藝所，吉林長春，130000)

長春采油廠原油具有高凝油、高含蠟的特征，且產(chǎn)液波動大，抽油機載荷變化快，電流法調(diào)平衡只能達到即時合格，要保證生產(chǎn)周期平衡合格工作量大，管理難度大，生產(chǎn)運行負擔大。該軟件建立了專門的平衡管理平臺，采用大數(shù)據(jù)周期性分析抽油機運動特性，分布式、并行計算模式進行抽油機平衡調(diào)節(jié)。經(jīng)現(xiàn)場應用表明，該軟件計算結果能夠有效地提高抽油機井平衡度，平衡監(jiān)測功能使技術人員及時發(fā)現(xiàn)平衡潛力井，周期性評價功能明確了平衡調(diào)節(jié)目標，為采油廠節(jié)能降耗、減輕勞動強度、提高工作效率提供了有力的保障。

平衡監(jiān)測；周期性評價；大數(shù)據(jù)分析；抽油機平衡調(diào)節(jié)

引言

抽油機的平衡判別和調(diào)整是抽油機井生產(chǎn)管理的一項重要內(nèi)容。平衡度的好壞直接影響抽油機的使用壽命和電機的耗電量，準確地測量出抽油機平衡度，及時調(diào)節(jié)抽油機的平衡能夠降低能耗，減輕系統(tǒng)沖擊，延長電動機、減速箱及皮帶等設備的使用壽命[1]，對抽油機安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗、提高油氣井產(chǎn)量有重要意義。

長春采油廠主要采用抽油機舉升方式，抽油機舉升井占總井數(shù)的95%以上，目前抽油機平衡度調(diào)整和管理主要受4方面影響：

（1）原油具有高含蠟、高蠟熔點、高凝固點等特點，且油井產(chǎn)量波動大，導致抽油機載荷波動大，平衡度變化快，平衡度管理難度大；

（2）抽油機運行電流受其他工況影響大，電流法判斷平衡度誤差大，且只能達到即時平衡，不能實現(xiàn)生產(chǎn)周期綜合平衡最優(yōu)點調(diào)整；

（3）動態(tài)調(diào)整工作量大，且抽油機機型大，每次調(diào)整需要4個人配合，部分井調(diào)整還需要吊車配合，調(diào)整難度大，勞動強度大，嚴重增加生產(chǎn)運行負擔；

（4）電流測試、平衡動態(tài)跟蹤數(shù)據(jù)錄取工作量大，沒有集中監(jiān)管平臺，不利于整體管控和數(shù)據(jù)共享。

綜上，以周期綜合平衡最優(yōu)點管理為目標，圍繞提高管理水平、提升工作效率，降低勞動強度這一中心任務，對現(xiàn)有技術進行創(chuàng)新與整合，建立一個基于大數(shù)據(jù)分析模式、適應現(xiàn)場實際需求的抽油機井平衡監(jiān)測與周期性評價軟件，實現(xiàn)全廠抽油機井平衡度的高效管控。

1 大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測與周期性評價軟件開發(fā)目標及開發(fā)模式

1.1 軟件開發(fā)目標

（1）形成一套適應于現(xiàn)場實際需求、數(shù)據(jù)收集簡單、自動化程度高、成本低、計算精度高、維護方便、可拓展的實用型工具軟件；

（2）根據(jù)現(xiàn)場實測的海量功圖數(shù)據(jù)結合抽油機基礎參數(shù)對抽油機平衡狀態(tài)進行大數(shù)據(jù)分析、實時診斷、平衡位置精確預測、平衡狀態(tài)匯總統(tǒng)計，便于技術人員對區(qū)塊內(nèi)抽油機平衡度進行統(tǒng)一管理，及時發(fā)現(xiàn)平衡潛力井，對抽油機井有目的性的調(diào)節(jié)，提高工作效率；

（3）充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)帶來的先進理論，利用周期性評價的方法進行平衡調(diào)節(jié)，建立適用于復雜區(qū)塊的抽油機井平衡調(diào)節(jié)方式。

1.2 軟件開發(fā)模式

隨著油田自動化、信息化技術突飛猛進，將油田帶到了“大數(shù)據(jù)”時代，遠程數(shù)據(jù)采集與傳輸技術日臻完善，油氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)呈爆炸式的增長[2-4]，這為合理，快速，精準的判斷抽油機井平衡度提供了有利的條件，同時也對計算程序的計算性能、計算方法提出了更高的要求。

（1）平衡計算程序

在大數(shù)據(jù)背景下，對信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力提出越來越高的要求。從吞吐量到響應時間，從可擴展性到可容錯性，從易用性到高性價比，這些指標無一不給數(shù)據(jù)處理技術帶來了重大的挑戰(zhàn)。此外，基礎硬件環(huán)境的重大技術突破也為數(shù)據(jù)處理提供了新的發(fā)展契機。上述原因決定了在未來很長一段時間內(nèi)，分布式并行處理將是解決大數(shù)據(jù)處理問題的主要技術手段[5]。

分布式計算強調(diào)在所有異構計算資源上同時求解問題，并行計算強調(diào)同一臺計算資源內(nèi)部多線程并行，分布式、并行計算的特點在于為了解決海量數(shù)據(jù)的挖掘問題，將所有的數(shù)據(jù)劃分為若干份，然后分布到各個計算資源上去進行計算，每個節(jié)點完成一個子任務，最后進行集成[6]。軟件的計算程序采用了分布式、并行計算的方法，計算程序主體本身具有自主性、智能性等特點，不同算法、數(shù)據(jù)之間并行計算，大大提高了算法的執(zhí)行效率，減少了運算時間。

（2）平衡計算方法

抽油機調(diào)平衡方法是將抽油機懸點載荷、位移轉換成整個周期的減速箱輸出軸扭矩曲線，即懸點載荷扭矩—曲柄轉角曲線。同時計算出平衡塊扭矩—曲柄轉角曲線、曲柄扭矩—曲柄轉角曲線，幾種扭矩曲線相互抵消后得到凈扭矩曲線[7]，利用上、下沖程凈扭矩最大值或凈扭矩均方根值[8]進行平衡判斷。

減速箱曲柄輸出軸凈扭矩最大值法是利用上、下沖程中減速器曲柄輸出軸的最大凈扭矩是否相等來判斷平衡。當下沖程峰值扭矩與上沖程峰值扭矩的比值在80%~100%之間時，認為抽油機處于平衡狀態(tài)。其中平衡率的計算公式如式（1）所示[9]。

曲柄平衡抽油機的凈扭矩計算公式如式（2）所示。

式中：Mmax—曲柄最大平衡扭矩，即曲柄處于水平位置（θ-90°和270°）時曲柄平衡重產(chǎn)生的扭矩MmaxR+WR；

式中：Wb—曲柄平衡塊總重量；

W—曲柄自身重量（兩塊）；

R—曲柄重心半徑；

—曲柄平衡半徑（指曲柄平衡塊重心到曲柄軸中心的距離，通過改變R調(diào)節(jié)平衡）；

不平衡時平衡半徑調(diào)整量可通過式（3）計算求得。

式中：—曲柄平衡塊總重量；

θ、θ—上、下沖程峰值M、M所對應的曲柄轉角。

當△R＞0時，平衡塊往外移動；當△R＜0時，平衡塊向里移動。

圖1 軟件界面

1.3 大數(shù)據(jù)周期性評價方法

油井地面功圖采集結果即抽油機懸點載荷的變化直接影響抽油機的平衡狀況，而影響懸點載荷的因素較多，例如采出液物性的變化、油井供液能力的變化以及生產(chǎn)周期的變化等[10]。為了降低抽油機載荷的波動幅度，提高整個系統(tǒng)的運行狀況，必須對抽油機進行合理的調(diào)平衡[11]，利用某一時間點的功圖數(shù)據(jù)或采用標準功圖方式進行平衡度調(diào)節(jié)只能達到即時平衡，同時平衡度的頻繁調(diào)節(jié)及標準功圖的校正增加了工作復雜性，增大了調(diào)節(jié)誤差。

大數(shù)據(jù)周期性評價方法對生產(chǎn)周期內(nèi)的功圖數(shù)據(jù)進行智能分析，智能篩選、迭代計算，確定平衡最優(yōu)點，實現(xiàn)平衡狀態(tài)定量分析。

2 大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測與周期性評價軟件功能

2.1 平衡監(jiān)測模塊

平衡監(jiān)測模塊對采集的數(shù)據(jù)進行實時計算，統(tǒng)計分析，技術人員可以隨時了解油井的平衡狀況，在出現(xiàn)問題時，能夠及時發(fā)現(xiàn)并有針對性的進行平衡調(diào)節(jié)，提高油井的生產(chǎn)效率。

模塊中顯示平衡狀態(tài)統(tǒng)計及對應的單井信息，最新調(diào)平衡優(yōu)化前、優(yōu)化后的平衡數(shù)據(jù)，與井位地圖交互應用，方便直觀的進行過程分析和結果展示；對于工況不正常井、調(diào)平衡達極限井或由于采用措施導致功圖發(fā)生變化井可以進行人工干預。

2.2 周期性評價模塊

利用大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢對油井的平衡度進行周期性評價，得出平衡最優(yōu)點，指導技術人員進行精確的平衡調(diào)節(jié)。

模塊包括抽油機井單日的平衡度評價和生產(chǎn)周期內(nèi)抽油井的平衡度評價。

2.3 運動特性曲線分析模塊

精確計算抽油機運動特性、曲柄轉角-位移曲線、曲柄轉角-速度曲線、曲柄轉角-加速度曲線、光桿位置扭矩因數(shù)。

圖2 抽油機運動特性曲線

2.4 計算分析模塊

計算分析模塊采用了分布式、并行計算方式，利用減速箱曲柄輸出軸凈扭矩最大值法，結合示功圖數(shù)據(jù)，抽油機基礎參數(shù)計算載荷扭矩曲線、曲柄扭矩曲線、平衡塊扭矩曲線、減速箱輸出軸凈扭矩曲線、抽油機運動特性曲線，平衡調(diào)節(jié)動態(tài)分析，預測最佳平衡位置。

2.5 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理是抽油機井平衡度判斷的關鍵組成部分，數(shù)據(jù)管理模塊提供了完善的數(shù)據(jù)管理方案，具體包括：

（1）抽油機設備數(shù)據(jù)管理，抽油機設備數(shù)據(jù)的增、刪、改、查，模塊中已包含大慶、吉油等15個廠家112種抽油機設備數(shù)據(jù)。

（2）功圖管理，采集的功圖數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，同時實現(xiàn)了不同廠家不同功圖格式手動上傳。

（3）歷史數(shù)據(jù)管理，根據(jù)時間段對抽油機的歷史分析結果及分析數(shù)據(jù)進行查詢。

2.6 組織用戶權限管理模塊

通過權限分配給不同的角色設置模塊訪問權限，將用戶與單位組織模塊相關聯(lián)，明確各級人員的管理審查目標，提升抽油機井平衡狀態(tài)監(jiān)管水平。

3 現(xiàn)場應用情況

圖3，圖4為現(xiàn)場電流法調(diào)平衡結果與軟件優(yōu)化調(diào)平衡結果的對比分析。可以看出，利用電流法調(diào)平衡時調(diào)整效果較差，抽油機井只能達到即時平衡，而根據(jù)軟件分析結果進行調(diào)平衡，能夠實現(xiàn)抽油機最佳平衡位置優(yōu)化調(diào)整，延長了調(diào)平衡周期，降低調(diào)平衡工作量，給生產(chǎn)運行減壓。

圖3 電流法調(diào)平衡

圖4 軟件優(yōu)化調(diào)平衡

4 結語

大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測與周期性評價軟件根據(jù)長春采油廠高凝油油藏高含蠟、功圖變化頻繁、平衡度調(diào)節(jié)誤差大等現(xiàn)場實際問題，采用大數(shù)據(jù)周期性分析，分布式、并行計算模式，利用采集的功圖數(shù)據(jù)結合抽油機基礎參數(shù)對抽油機平衡狀態(tài)進行實時監(jiān)測、周期性分析，形成平衡狀態(tài)統(tǒng)一監(jiān)管平臺，使技術人員及時發(fā)現(xiàn)平衡潛力井，明確平衡調(diào)節(jié)目標，為降低采油廠能耗、減輕勞動強度、提高工作效率提供了有力的保障。

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Application of Big Data Balance Monitoring and Periodic Evaluation Software

JIA Fei*

(Craft of Changchun oil production plant, Jilin Oilfield Petro China, Changchun, Jilin 130000, China)

Crude oil of Changchun oil production plant are the high-pour-point waxy crude and it has the characteristics of large fluctuations with liquid producing, change quickly with pumping unit load. The current method of adjustable balance can only achieve qualified instantly. It increased the workload, management difficulty and production burden for ensure balance qualified of production periodic. The software has established a special balance management platform, which uses the big data to periodically analyze the movement characteristics of the pumping unit, and the distributed and parallel computing mode is used to adjust balance. The field application shows the software calculation results can effectively improve the balance, help technical personnel found potential wells timely, clear the target of adjust balance. It provides a strong guarantee for energy saving, reducing labor intensity and improving working efficiency.

Balance monitoring; periodic evaluation; the big data analyze; adjust balance of the pumping unit

賈菲. 大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測與周期性評價軟件的應用[J]. 數(shù)碼設計, 2017, 6(5): 8-10.

JIA Fei. Application of Big Data Balance Monitoring and Periodic Evaluation Software[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 8-10.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.003

TP181

A

1672-9129(2017)05-0008-03

2017-01-25；

2017-02-23。

賈菲（1974－)，男，本科，工程師，主要研究方向：采油工程、油氣田開發(fā)。E-mail:ctr9008@163.com