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        抽油機(jī)最優(yōu)懸點(diǎn)載荷利用率的判斷方法研究

        2018-12-28 07:22:06朱治國(guó)華北油田分公司第三采油廠
        石油石化節(jié)能 2018年11期
        關(guān)鍵詞:懸點(diǎn)單井抽油機(jī)

        朱治國(guó)(華北油田分公司第三采油廠)

        1 現(xiàn)狀

        在石油開采過程中,抽油機(jī)是主要的采油設(shè)備,對(duì)于抽油機(jī)來說,抽油機(jī)載荷利用率是決定抽油機(jī)井能耗水平高低的重要影響因素之一,抽油機(jī)載荷利用率是指抽油機(jī)實(shí)際懸點(diǎn)最大載荷與抽油機(jī)銘牌最大載荷之比。抽油機(jī)載荷利用率過高,容易造成抽油機(jī)使用壽命降低;抽油機(jī)載荷利用率過低,容易造成高耗能生產(chǎn)。為了降低抽油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的能耗,延長(zhǎng)抽油機(jī)的使用壽命,有必要對(duì)抽油機(jī)井的合理載荷利用率進(jìn)行優(yōu)化分析。

        目前的研究主要集中在抽油機(jī)載荷利用率的影響因素上,例如,隨著沖程、沖速、動(dòng)液面、泵徑和泵掛深度的增加,抽油機(jī)載荷利用率成正比例線性增加,各項(xiàng)參數(shù)按照對(duì)抽油機(jī)載荷利用率的影響權(quán)重大小依次排序?yàn)椋簺_程、沖速、動(dòng)液面、泵徑和泵掛深度[1]。另外,合理的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率對(duì)于抽油機(jī)選型也有重要的作用,有研究認(rèn)為目前的抽油機(jī)選型公式,由于各油田生產(chǎn)狀況的不同,需要對(duì)其進(jìn)行修正,以得到符合該油田的抽油機(jī)選型公式,在統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上對(duì)公式進(jìn)行了優(yōu)化,獲得了修正系數(shù),用以指導(dǎo)抽油機(jī)選型,優(yōu)化后的公式準(zhǔn)確率提高了5%左右[2]。

        2 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)

        大數(shù)據(jù)分析是指對(duì)海量多類型、快增長(zhǎng)且內(nèi)容真實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,從中找出可以幫助決策的隱藏模式、未知的相關(guān)關(guān)系或其他有用信息的過程[3-4]。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)作為近年來的新技術(shù),在很多領(lǐng)取取得了成功應(yīng)用,尤其在電子信息行業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn),但是在石油行業(yè),大數(shù)據(jù)分析技術(shù)還沒有得到足夠的應(yīng)用,有部分研究學(xué)者將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用到石油工程領(lǐng)域,通過建立數(shù)據(jù)分析模型,保障了油田各項(xiàng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)了對(duì)油井,甚至整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視,對(duì)提高油氣田產(chǎn)量具有重要意義。

        與傳統(tǒng)的分析方法相比,數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實(shí)際數(shù)據(jù)中,提取隱含其中的潛在應(yīng)用價(jià)值的信息和知識(shí)[5]。抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率是衡量抽油機(jī)是否運(yùn)行平穩(wěn)、節(jié)能的一項(xiàng)重要指標(biāo),抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷過大,造成抽油機(jī)維修次數(shù)增加,抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷過小,將造成大馬拉小車的現(xiàn)場(chǎng),增加生產(chǎn)能耗,因此合理的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率在油井的正常生產(chǎn)中具有重要意義,此次分析是以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù),確定抽油機(jī)最優(yōu)懸點(diǎn)載荷利用率,以實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)節(jié)能高效運(yùn)行。

        3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        3.1 數(shù)據(jù)采集

        數(shù)據(jù)采集是大數(shù)據(jù)分析的第一步,真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)有利于快速進(jìn)行分析,數(shù)據(jù)采集了華北油田采油三廠近800余口油井的生產(chǎn)數(shù)據(jù),包括井號(hào)、井?dāng)?shù)、電動(dòng)機(jī)負(fù)載率、抽油機(jī)載荷利用率、單井日耗電,并對(duì)其中明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理,得到可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的分析數(shù)據(jù)集。

        3.2 數(shù)學(xué)分析

        3.2.1 第一抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率的確定

        對(duì)得到的分析數(shù)據(jù)集按電動(dòng)機(jī)負(fù)載率的不同由小至大進(jìn)行排序,電動(dòng)機(jī)負(fù)載率相同的為一組,得到40組不同的數(shù)據(jù),對(duì)所得40組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率與單井日耗電的二次多項(xiàng)式擬合,求出在定義域范圍內(nèi)的日耗電量最低時(shí)的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率為抽油機(jī)在該電動(dòng)機(jī)負(fù)載率下的最優(yōu)懸點(diǎn)載荷利用率,稱之為第一抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率。

        以電動(dòng)機(jī)負(fù)載率45%為例進(jìn)行說明,建立直角坐標(biāo)系,以抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率為自變量,以單井日耗電量為因變量進(jìn)行散點(diǎn)圖繪制并進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合,得到該組生產(chǎn)數(shù)據(jù)的二次多項(xiàng)式,如圖1所示。

        圖1 抽油機(jī)載荷利用率如日耗電關(guān)系圖

        對(duì)上述數(shù)學(xué)關(guān)系式 y=134.1x2-182.8x+385.3進(jìn)行一階求導(dǎo),確定出在定義域范圍內(nèi)日耗電最低時(shí)的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率為68.2%,稱之為第一抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率。按照類似的方法對(duì)所得的40組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析,得出40組在各自電動(dòng)機(jī)負(fù)載率下的最優(yōu)抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率,具體數(shù)據(jù)如表1。

        3.2.2 第二抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率的確定

        上述得到的40組數(shù)據(jù),明確了在特定的電動(dòng)機(jī)負(fù)載率下的油井合理的抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率,但是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過程中,由于諸多原因,電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率各不相同,因此為了針對(duì)所有油井確定一個(gè)可供參考的抽油機(jī)最優(yōu)先點(diǎn)載荷利用率,意義顯得尤為重要。故而以上述得到的40組第一抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,繪制了正態(tài)分布圖[6],如圖2所示。

        表1 第一抽油機(jī)載荷利用率

        圖2 抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率正態(tài)分布圖

        經(jīng)分析認(rèn)為:上述40組數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布N(0.65,0.007),引入正態(tài)分布參數(shù) μ和 σ對(duì)變量進(jìn)行約束,并依據(jù)“3σ準(zhǔn)則”劃分邊界條件進(jìn)行質(zhì)量控制,劃分邊界范圍P(μ-σ<X≤μ+σ),即:P(0.566<X≤0.734)。篩選出在邊界范圍的數(shù)據(jù)共有28組,對(duì)其求取平均值為0.67,即為第二抽油機(jī)載荷利用率。也即抽油機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最優(yōu)懸點(diǎn)載荷利用率,在此抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率下運(yùn)轉(zhuǎn)抽油機(jī)能耗最低。

        通過對(duì)油井抽油機(jī)每一組生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,求得每一組生產(chǎn)數(shù)據(jù)中的單井日耗電量取最小值時(shí)的第一抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率,對(duì)多個(gè)第一抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理,獲取第二抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率。當(dāng)抽油機(jī)以第二抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率運(yùn)行時(shí),單井日耗電量最少,第二抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率即為所模擬出的油井抽油機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的最優(yōu)懸點(diǎn)載荷利用率。

        3.2.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過程中,依據(jù)抽油機(jī)最優(yōu)懸點(diǎn)最優(yōu)載荷為67%的原則,結(jié)合油井完井優(yōu)化、地面調(diào)平衡等技術(shù),使得抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷利用率盡量靠近67%,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能高效運(yùn)行?,F(xiàn)場(chǎng)調(diào)平衡50井次,調(diào)沖程、沖速62井次,結(jié)合完井優(yōu)化設(shè)計(jì)桿柱組合197次,年節(jié)電約26.55×104kWh,節(jié)能效果良好。

        4 結(jié)論

        通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷進(jìn)行了研究,依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定出了抽油機(jī)最優(yōu)懸點(diǎn)載荷利用率為67%,基于最優(yōu)懸點(diǎn)載荷利用率可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整及抽油機(jī)選型,從而實(shí)現(xiàn)抽油機(jī)低能耗高效運(yùn)行,延長(zhǎng)收油機(jī)使用年限并現(xiàn)場(chǎng)調(diào)平衡50井次,調(diào)沖程、沖速62井次,優(yōu)化設(shè)計(jì)標(biāo)柱197次,年節(jié)電26.55×104kWh。

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