一种抽油机井分时优化设计方法与流程

本发明属于石油开采人工举升领域，涉及一种抽油机井分时优化设计方法，特别涉及一种抽油机井用电按峰谷平划分时段、采用分时电价结算的抽油机井分时优化设计方法，适用于为降低抽油机井耗电成本分时段优化确定机采参数。

背景技术：

1、机采系统是江苏油田主要生产耗能系统之一，机采能耗占江苏油田总能耗38％，能耗成本较高。2022年夏冬两季，由于电力短缺及高低温天气影响，工业用电电力平均价格逐渐走高，油田机采系统能耗成本增加，需进一步降本增效。油田用电目前采用大工业用电，采用分时电价结算，高峰时段的价格是低谷时段4倍以上，在保证抽油井产量不降的前提下，如何降低高峰时段、平时段的能耗及生产时间，以尽可能降低抽油机井生产电力成本，成为油田降本增效重要需求。上述需求如能实现，还可帮助电力公司实现削谷平峰，实现电网电力安全输送，符合国家保障民生、保障电力安全政策。

2、针对抽油井提效降本，一般采用机采参数优化、间抽开采、柔性控制开采等技术。目前的优化设计技术，优化模型主要有解析式方程模型、按示功图动态仿真的波动方程模型、机器学习推荐系统等，目标函数主要有按能耗最低、产量最大、供排协调、多因素机器学习推荐及多目标优选，这些设计方法目前均主要对连续生产抽油机井进行优化，没有考虑电价、生产时间变化对能耗及成本的影响，尚不能按分时电价分时优化、实时优化、间抽优化。对中低产井尤其是低产井的优化，主要有柔性采油技术及间抽技术。这两类技术都是抽油机井检泵设计方案实施后，为保证供排协调，保持抽油机井长期高效运行的自动控制技术，主要依靠设备自身调节，主要适用于低产井，没有解决低、中、高产量井的多方案优选及设计节能问题，大多未考虑分时电价对能耗成本的影响，结合分时电价调整可能会取得更好的经济效益。

3、综上所述，亟需一种符合国家电力峰谷平分段计价政策的抽油机井分时优化方法，在保证抽油井产量不降的前提下，降低高峰时段、平时段的能耗及生产时间，适当增加低谷时段的消耗功率及间抽井的生产时间，以日电力成本最低运行，进一步降低抽油机井生产电力成本,帮助电力企业实现削谷平峰，保障民生。

技术实现思路

1、针对现有抽油机井优化设计方法不能按分时电价分时优化、实时优化、间抽优化、没能实现电力成本最低问题，本技术提供一种抽油机井分时优化设计方法，通过该方法，设计出具有相同杆、管、泵、冲程，不同时段采用不同生产时间、冲次的保证产量不变、日电力成本最低的机采参数组合，实现降低高峰时段能耗、降低日电力成本，进一步降低抽油机井采油成本的目的。

2、本技术提供了一种抽油机井分时优化设计方法，包括：

3、s101，根据油井ipr方程预测不同液面下的产量；

4、s103，根据不同产量、液面设计出不同的抽油机井生产参数组合，从中按相同杆径、杆长、管径、管长、泵径、泵深、冲程，而冲次、产量不同进行分组；

5、s105，对每个分组，针对各个电价时段应用不同生产时间，筛选出能够完成目标产量的生产时间组合，并计算其日电力消耗成本；

6、s107，在所有能够完成目标产量的生产时间及生产参数组合中，选择日电力消耗成本最低的生产时间及生产参数组合为分时优化设计结果。

7、其中，s101，根据油井ipr方程预测不同液面下的产量之前包括：

8、s1，给定油井基础数据，所述油井基础数据包括：井深h、井斜参数、油藏平均压力油藏饱和压力pb、气油比gor、气体平均溶解参数α；给定抽油机井正常生产时生产目标：产液量q0、动液面h0、油压pt、套压pc、原泵深lp0；

9、s2，选定抽油机机型,对于老井保持抽油机机型不变,得到抽油机的冲程范围及额定载荷pmax0、额定扭矩mmax0；

10、s3，设定抽油机井的杆、管径、泵径、冲程、冲次、泵深的可选择范围；设定峰谷平时段若需停井，间抽方式是采用不停机间抽还是采用停机间抽方式，取得生产时长外平均输入功率为pinput0。

11、其中，s101，根据油井ipr方程预测不同液面下的产量，包括：

12、s4，在vogel方程或petrobras方程中选定一种产量预测方法，代入步骤s1中所需油井基础数据，求得qmax，得到本井的ipr方程。

13、其中，步骤s1中，若为新井则预测一个合理的生产目标：产液量q0，动液面h0，油压pt，套压pc；假定油井生产过程中油压pt、套压pc保持不变。

14、其中，步骤s3中，若采用不停机间抽未测试取得pinput0，取pinput0＝pd，若采用停机间抽，pinput0＝0。

15、其中，s103，根据不同产量、液面设计出不同的抽油机井生产参数组合，从中按相同杆径、杆长、管径、管长、泵径、泵深、冲程，而冲次、产量不同进行分组，包括：

16、步骤5：将qmax分为nq份，qi＝i*qmax/nq，i∈[0,nq]，nq、i均为正整数，根据该井的ipr方程，求得pwfi；

17、步骤6：按步骤2给定的最大下泵深度hmax，给定一个泵深步长hs，可能的泵深深度个数为npupmdepth＝(hmax-h0)/hs,每一个qi可对应不同的泵深lpij，lpij＝h0+j*hs，j>＝1,j为整数，其直至lpij<＝hmax,将每个pwfi代入下式：

18、pwf＝pt+ρo(lp-h)+ρl(h-lp)

19、求得hij,形成不同的qi、hij,lpij，其组合数为nq*npumpdepth个；

20、步骤7：对每一个qi、hij,lpij，在步骤3设定的范围内，将ntubing种管径、nrodtype种杆柱钢级、npump种泵径、nrod种杆柱组合、ns种冲程、nn种冲次一一组合，计算其产量qic，给定误差e，若|qi-qic|<e成立，则该组合为能保持产量qi不变的可行生产参数组合；若不成立，则该组合舍去不用；对每一种可行生产参数组合计算其对应的最大、最小载荷及最大扭矩，计算出最大载荷、最大扭矩需要满足抽油机额定载荷、额定扭矩限制即pmax<pmax0、mmax<mmax0，对各级杆管计算出其最大、最小载荷并核实应力强度及范围，需满足杆管强度限制，若不满足，则该组合舍去；可行的组合数最大为nq*npumpdepth*ntubing*nrodtype*npump*nrod*ns*nn个；

21、步骤8：计算步骤7所选出的每种生产参数组合对应的pinputij；

22、步骤9：将步骤7、8所选出的各种生产参数组合按管径、杆柱钢级、泵径、泵深、杆柱组合、冲程相同，而产液量qi、冲次、输入功率pinputij不同，重新分组。

23、其中，s105，对每个分组，针对各个电价时段应用不同生产时间，筛选出能够完成目标产量的生产时间组合，并计算其日电力消耗成本，包括：

24、步骤10：将峰谷平时段时长按电价进行合并，按电价的不同合并为n段，并按电价从高到低排序，第k段总时长为lk，第k段电价为xk，第k段生产时长为tk,tk<＝lk,生产时长内平均日产量为qk；

25、步骤11：上述步骤9每一组组合中的每一个qi均可以等于qk,第k个时段产液量为qi对应的产液量、输入功率用qki,pinputijk表示，qki＝qi,pinputijk＝pinputij；

26、步骤12：离散化确定tk值，将每段总时长lk按一定步长ts划分，令tkb＝b*ts，b为整数，bkmax＝lk/ts，每一层0＝<b<bkmax，每一个tkb都可等于步骤9中的tk，tkb时段的每一种生产组合的耗电、耗电费用及产液量为tkbpinputijk+(lk-tkb)pinput0、(tkbpinputijk+(lk-tkb)pinput0)xk、tkbqki/24；每段生产时长、产液量、冲次、输入功率最大组合个数为nkqntgroup＝bkmax*nq*nn个。

27、其中，ts可取0.1、0.2、0.5或1小时。

28、其中，步骤s105，对每个分组，针对各个电价时段应用不同生产时间，筛选出能够完成目标产量的生产时间组合，还包括：

29、步骤13：对步骤9中的最多nggb组中的选择一组组合，执行如下步骤；

30、步骤14：在n个时间段中，从第1段最多n1qntgroup个生产时长、产液量、冲次、输入功率组合中按顺序取一个组合；

31、步骤15：从第2段最多n2qntgroup个生产时长、产液量、冲次、输入功率组合中按顺序取一个组合；

32、步骤16：从第n段最多nnqngroup个生产时长、产液量、冲次、输入功率组合中按顺序取一个组合；计算各层的产量*生产时长，得到日产量若q<q0,则按顺序取下一个生产时长、产液量、冲次、输入功率组合，循环执行步骤16；若q>＝q0且q-q0<e，e为给定误差，则计算日耗电成本保存该组合为能够完成原目标产液量的生产组合，该组合集合记为g；

33、若步骤16循环完毕，则循环执行步骤15；

34、若步骤15循环完毕，则循环执行步骤14；

35、若步骤14循环完毕，则在步骤13中选择下一组合，再次循环执行步骤14、15、16；

36、由此找到所有能够完成原目标产液量q0的生产组合集合g。

37、其中，s107，在所有能够完成目标产量的生产时间及生产参数组合中，选择日电力消耗成本最低的生产时间及生产参数组合为分时优化设计结果，包括：

38、步骤17：从能够完成原目标产液量q0的生产组合集合g中，找出日耗电成本cost最低的一组组合，将该组合对应的各段生产时长、产液量、冲次、输入功率及管径、杆柱钢级、泵径、泵深、杆柱组合、冲程作为分时优化方案。

39、本技术抽油机井分时优化设计方法具有如下有益效果：

40、相比于传统的连续生产或间抽生产设计方法，本发明方法针对不同时段不同电价，采用相同的井下管杆泵、相同冲程、不同的生产时间、不同冲次、不同产量，降低抽油机井电力成本更为显著，同时可以帮助油田企业消谷平峰，进一步降本增效，为保障民生、保障电力系统平稳运行做出贡献。