油井生产实时分析与优化专家系统PES

油井生产实时分析优化专家系统(PES)研发及应用中国石油大学（北京）北京雅丹石油技术开发有限公司2011年4月闫学峰13522462873主要内容PES研发背景技术目标及开发结构主要功能及技术特色现场应用情况发展方向研发背景•20世纪80年代初，计算机技术辅助诊断油井工况引入国内，•同时开始机械采油系统效率的研究，•90年代中期，系统效率测试行业标准建立,•提高机采系统效率工作全面展开,•自动化设施开始大规模应用于油田现场，•各种分析、诊断、优化软件的作用得到重视。我国的一批学者开始了对整合各种新技术服务于油井生产总体目标的思考与实践。油气田自动化技术现状•在采油井的产液量、含水率和产气量的计量上，为适应低产油井的需要，研制了许多新的计量方法和设备，如三相不分离计量、功图法量油；生产过程控制系统PLC、DCS和SCADA系统的应用。•PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)•DCS(DistributedControlSystem,分布式控制系统)•SCADA系统(SupervisorControlAndDataAcquisition，即监测监控及数据采集系统)•油气田自动化系统可分为两部分：一是用来完成过程控制和数据采集的SCADA系统或DCS系统；二是用来保护工艺设备和人身安全、保护环境、减少和避免事故发生的ESD系统（紧急停车系统）。对于辅助生产装置（如油田联合站注水系统等）采用IPC、PLC、DCS等控制方式。研发背景•（1）整装油田自动化技术•整装油田是指中国石油所属的以大庆、辽河油田为代表的东部油田，以长庆西峰油田为代表的西部油田。•东部油田如大庆、辽河等油田，自动化大多以单项工程或单项生产过程自动化为主，井口通常不设置自动化设施，没有形成整个油田的自动化管理。•西部油田自动化根据工艺技术和运行管理的要求，仪表与自控系统从满足生产工艺过程安全、经济运行的角度进行设置，建立了全油田的SCADA系统。油气田自动化技术现状研发背景•（2）沙漠及自然条件恶劣油田自动化技术•沙漠及自然条件恶劣的油田如塔里木、吐哈各油田，生产基本实现了油田井口、计量/阀组间无人值守；联合站内控制中心集中监控（站内DCS系统）；以作业区为控制中心，建立了全油田的监控与数据采集系统（油区SCADA系统），接收油井、计量站以及联合站DCS系统传送的数据，对全油田进行集中监视和管理。研发背景油气田自动化技术现状•（3）低产和边远散小油田自动化技术•低产和边远散小油田由于自身的特点，其自动化水平较低，基本不设自动化系统。参数检测多为就地指示仪表，现场由人工进行操作。研发背景油气田自动化技术现状研发背景油气田自动化技术现状研发背景（1）抽油机井诊断方法只针对示功图，没有综合应用功图、电参、压力、温度等多元数据的实时油井故障综合诊断分析，更没有抽油机井以外井型的多元数据的诊断方法，更没有以诊断为基础的优化设计（2）没能与自动化系统的实时采集的数据结合，更没有配套的硬件采集体系作为配套，其主要是针对油田一般性的优化设计工作（3）不具备远程控制决策功能，更没有智能控制功能。更没有依据以上复杂的油井诊断分析技术，实现油井远程实时“大闭环”智能控制。采油工艺分析优化软件的发展现状研发背景•计算机化的采油工程技术方法与现场实际情况之间存在矛盾。•实时数据采集与数据应用之间存在矛盾。•系统效率传统的测试方法与其大规模推广应用（实时测试分析）之间存在矛盾。•技术的发展与专家经验作用之间存在矛盾。经过初步调研，形成以下认识研发背景经过初步调研，形成以下认识•总体看来,围绕油井高效生产这一中心任务而进行的各项技术创新之间以及技术作用和专家作用之间,存在着系统性的不足,因此导致了各项技术效果不能实现最大化。对现有技术进行系统性的整合，建立一个专家经验参与的对生产数据进行采集、分析的油井生产实时分析优化的采油工程系统平台，是采油工程领域急需解决的问题。技术目标定位（1）在油田信息化背景下对近年来的各种采油工程技术进行系统性整合，使技术进步成果最大化提高采油生产效益。（2）使专家经验能够参与到平台智能控制与闭环优化中，从而实现专家经验对生产的量化指导。（3）成本低、可靠性高、维护方便、人机交互型强、可拓展的集成软件硬件一体系统。实时分析优化平台与专家经验的整合，采用基于自学习能力的智能井技术吸收专家经验判据以及软件优化的成果形成下一轮优化的目标，以闭环形式进行多轮次控制与优化分析优化软件系统应用软件之间的整合第三层第二层第一层分析优化软件包与基于自动化技术的各种硬件系统之间的整合实时分析优化平台油井生产实时分析优化专家系统PES开发层次开发力量配备团队组成职能专家队伍油田公司和高校专家PES开发方案设计、技术整合指导、以及系统运行期间的技术咨询与方案审核石油工程技术研发队伍高校与技术公司的人员油田开发技术发展的追踪、新技术研发、各项采油工程技术整合软件开发与维护队伍技术公司人员系统软件程序的开发、调试及升级以及软件与硬件接口的编制硬件设计队伍技术公司及设备厂家人员根据PES的技术要求进行硬件系统的设计与选择现场专家队伍油田公司现场经验丰富的专家PES现场验证及现场应用，并提供生产需求汇报交流内容PES研发背景技术目标及开发结构主要功能及技术特色现场应用情况发展方向《油井生产实时分析优化专家系统PES》是中国石油大学（北京）与北京雅丹石油技术开发有限公司历时十年，联合开发的一套基于自动化技术、计算机技术、网络技术、系统工程方法以及油气田开发技术，以提高油井产量、系统效率、油田数字化水平和简化地面流程为目的，集油井生产数据实时采集、数据管理、生产动态预测、实时工程分析、故障诊断、远程计量、系统效率及损耗分析、生产参数实时优化设计、措施方案发布、智能控制等硬软一体化的工程数据平台及采油工程专家系统。系统概述•围绕一个中心：优化油井生产•整合五大技术：自动化技术、计算机技术、网络技术、系统工程方法以及油气田开发技术•提供十大功能：实时采集、数据管理、生产动态预测、实时工程分析、故障诊断、远程计量、系统效率及损耗分析、生产参数实时优化设计、措施方案发布、智能控制•实现四大目标：提高油井产量、系统效率、油田数字化水平和简化地面流程系统概述概括起来：围绕一个中心，整合五大技术，提供十大功能，实现四大目标。系统概述PES集成系统概念模型系统概述PES集成系统概念模型系统概述系统概述数据采集数据管理综合分析数据采集数据管理优化决策智能控制综合分析优化决策智能控制智能油井自动学习过程智能井技术结构系统概述汇报交流内容PES研发背景技术目标及开发结构主要功能及技术特色现场应用情况发展方向系统主要功能系统主要功能系统主要功能数据采集子系统PES_Acquisition系统主要功能数据录入模块系统主要功能数据管理子系统PES_Data系统主要功能分析预测子系统油井产能分析模块系统主要功能分析预测子系统油井生产动态分析预测模块系统主要功能工程分析子系统井下力学分析模块系统主要功能工程分析子系统井筒温度压力场计算模块系统主要功能工程分析子系统实时工况诊断模块系统主要功能工程分析子系统系统效率分析模块系统主要功能工程分析子系统单井综合系统主要功能工程分析子系统宏观控制图模块系统主要功能远程计量子系统液量远程计量模块系统主要功能远程计量子系统电量远程计量模块系统主要功能优化设计子系统智能设计模块系统主要功能优化设计子系统参数优化设计模块系统主要功能优化设计子系统设计方案绘图模块系统主要功能方案发布子系统1、软硬一体实现实时采集、实时分析、实时优化、实时发布2、实时诊断基础的在线计量与优化设计3、大闭环优化系统技术特色系统技术特色软硬一体实现实时采集、实时分析、实时优化、实时发布系统技术特色软硬一体实现实时采集、实时分析、实时优化、实时发布青海油田数字化油田实施的设想及方案规划模式一：统一数据库、统一计算模式，该模式实现了各个自动化采集服务厂家的统一数据库，建设统一的应用系统功能，如诊断、液量计算、系统损耗分析、优化决策等等内容，该模式下无法保证数据的可靠度和准确性的一致。青海油田数字化油田实施的设想及方案规划模式二：统一数据库、统一解析服务器模式，该模式实现了各个自动化采集服务厂家的统一数据库和统一解析服务器，建设统一的应用系统功能，该模式下仍无法保证RTU一定适合于上位机，不能实现各个作业区数据的统一管理，上位机由钻采院来做。青海油田数字化油田实施的设想及方案规划模式三：统一到RTU模式，该模式实现了各个自动化采集服务厂家的统一数据库、统一解析服务器、统一RTU，建设统一的应用系统功能，该模式下保证RTU适合于上位机，容易制定统一的硬件采集设备接口和采集参数协议，可以实现硬件仪表的集团化采购，节约硬件成本，利于局属处的统一维护和统一运营，可以实现统一到油田一级，也可以实现统一到中石油甚至全国，为全国的数字油田和智能油田提供很好的模式。实时监控油井生产动态变化。油井产液量远程量油功能改变了传统的分离器间断计量功能，实现了连续在线计量。压力、温度、示功图的实时采集更直观、更准确、更及时的反映油井生产状况的动态变化，能够及时地反映出油井的生产变化情况。从小11-13-1井两天各小时产量变化看，该井间歇出油。（1）液量变化压力及产液量变化情况压力变化产液量变化及时发现工况异常如：防冲距过小计算产液量波动大，经查该井存在下碰泵问题，10月10日中午上调防冲距10cm后，功图正常。（3）断脱抽油杆在23：20-0：19之间断脱实时诊断基础的在线计量•抽油机井•电泵井•螺杆泵井综合应用功图、电参、压力、温度等多元数据的实时油井故障综合诊断分析及优化设计；目前国内各油田采用的油井产量计量方法主要有：玻璃管量油孔板测气：国内各油田普遍采用的传统方法，约占油井总数的90%以上。该方法装备简单、投资少，但由于采用间歇量油的方式来折算产量，导致原油系统误差为10%～20%。翻斗量油孔板测气：翻斗量油装置主要由量油器、计数器等组成。一个斗装满时翻到排油，另一个斗装油，这样反复循环来累积油量。这种量油装置结构简单，具有一定计量精度。两相分离计量法三相分离计量方法等。计量的作用传统意义的计量-商品交易单井液量的计量-？-反映油井的产能-反映油井能力动态变化-反映油井抽油设备的工作情况-反映措施作业的效果因此，计量是手段搞清油井工作状况是目的油井计量技术的发展各种液量计量方式优缺点对比量油方式投资地面建站管线公里数成熟维护准确波动井高气液比功能工艺程度成本度适应性适应性玻璃管量油中复杂是长高较高一般差一般单一翻斗量油较大复杂是长高较高一般差一般单一三相分离计量大复杂是长高高高差一般单一两相分离计量较大复杂是长高较高较高差一般单一远程计量小简单否短初期中一般好较好强大油井计量技术的发展油井计量技术的发展方向（1）向新技术方向发展随着技术的进步及各种气体和液体流量计量新技术的广泛应用，油井产量计量中必然越来越多地使用操作简单、及时方便的计量方法。（2）向准确反映油井动态变化方向发展我国油田多进入开发后期，需要准确及时地了解油井的生产状况，为生产管理提供真实可信的数据，对能准确反映油井动态变化的要求必然越来越高。（3）向快速化方向发展为了及时掌握油井的生产状况，需要缩短油井计量周期，对油井进行更加频繁和及时的测量，因此必须提高油井计量速度。（4）向自动化方向发展自动化技术的发展为降低劳动强度和提高劳动生产率提供了可靠保证。同时，为了实现油井准确、快速的测量，也必须采用自动化的测量方法。油井计量技术的发展油井远程在线计量的关键技术抽油机井-示功图法自喷井-压差法电泵井-压差法、特征曲线修正法、系统损耗分析法螺杆泵井-压差法、转速法符合油井计量发展的方向抽油机井在线计量的原理在线计量的原理地面功图诊断泵功图诊断泵功图诊断单井在线计量功图测试技术功图测试技术波动方程（解泵功图）计算机技术（几何特征）功图测试技术通信技术（实时功图）波动方程（求解泵功图）计算机技术（综合诊断）单井系统计量技术