大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測(cè)與周期性評(píng)價(jià)軟件的應(yīng)用

賈菲*

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大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測(cè)與周期性評(píng)價(jià)軟件的應(yīng)用

賈菲*

(中國(guó)石油吉林油田分公司長(zhǎng)春采油廠工藝所，吉林長(zhǎng)春，130000)

長(zhǎng)春采油廠原油具有高凝油、高含蠟的特征，且產(chǎn)液波動(dòng)大，抽油機(jī)載荷變化快，電流法調(diào)平衡只能達(dá)到即時(shí)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(yùn)行負(fù)擔(dān)大。該軟件建立了專門(mén)的平衡管理平臺(tái)，采用大數(shù)據(jù)周期性分析抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)特性，分布式、并行計(jì)算模式進(jìn)行抽油機(jī)平衡調(diào)節(jié)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，該軟件計(jì)算結(jié)果能夠有效地提高抽油機(jī)井平衡度，平衡監(jiān)測(cè)功能使技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)平衡潛力井，周期性評(píng)價(jià)功能明確了平衡調(diào)節(jié)目標(biāo)，為采油廠節(jié)能降耗、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率提供了有力的保障。

平衡監(jiān)測(cè)；周期性評(píng)價(jià)；大數(shù)據(jù)分析；抽油機(jī)平衡調(diào)節(jié)

引言

抽油機(jī)的平衡判別和調(diào)整是抽油機(jī)井生產(chǎn)管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。平衡度的好壞直接影響抽油機(jī)的使用壽命和電機(jī)的耗電量，準(zhǔn)確地測(cè)量出抽油機(jī)平衡度，及時(shí)調(diào)節(jié)抽油機(jī)的平衡能夠降低能耗，減輕系統(tǒng)沖擊，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)、減速箱及皮帶等設(shè)備的使用壽命[1]，對(duì)抽油機(jī)安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗、提高油氣井產(chǎn)量有重要意義。

長(zhǎng)春采油廠主要采用抽油機(jī)舉升方式，抽油機(jī)舉升井占總井?dāng)?shù)的95%以上，目前抽油機(jī)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(diǎn)、高凝固點(diǎn)等特點(diǎn)，且油井產(chǎn)量波動(dòng)大，導(dǎo)致抽油機(jī)載荷波動(dòng)大，平衡度變化快，平衡度管理難度大；

（2）抽油機(jī)運(yùn)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(dá)到即時(shí)平衡，不能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)周期綜合平衡最優(yōu)點(diǎn)調(diào)整；

（3）動(dòng)態(tài)調(diào)整工作量大，且抽油機(jī)機(jī)型大，每次調(diào)整需要4個(gè)人配合，部分井調(diào)整還需要吊車配合，調(diào)整難度大，勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重增加生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)擔(dān)；

（4）電流測(cè)試、平衡動(dòng)態(tài)跟蹤數(shù)據(jù)錄取工作量大，沒(méi)有集中監(jiān)管平臺(tái)，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(diǎn)管理為目標(biāo)，圍繞提高管理水平、提升工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度這一中心任務(wù)，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新與整合，建立一個(gè)基于大數(shù)據(jù)分析模式、適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求的抽油機(jī)井平衡監(jiān)測(cè)與周期性評(píng)價(jià)軟件，實(shí)現(xiàn)全廠抽油機(jī)井平衡度的高效管控。

1 大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測(cè)與周期性評(píng)價(jià)軟件開(kāi)發(fā)目標(biāo)及開(kāi)發(fā)模式

1.1 軟件開(kāi)發(fā)目標(biāo)

（1）形成一套適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求、數(shù)據(jù)收集簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、成本低、計(jì)算精度高、維護(hù)方便、可拓展的實(shí)用型工具軟件；

（2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的海量功圖數(shù)據(jù)結(jié)合抽油機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)對(duì)抽油機(jī)平衡狀態(tài)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)診斷、平衡位置精確預(yù)測(cè)、平衡狀態(tài)匯總統(tǒng)計(jì)，便于技術(shù)人員對(duì)區(qū)塊內(nèi)抽油機(jī)平衡度進(jìn)行統(tǒng)一管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)平衡潛力井，對(duì)抽油機(jī)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(lái)的先進(jìn)理論，利用周期性評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，建立適用于復(fù)雜區(qū)塊的抽油機(jī)井平衡調(diào)節(jié)方式。

1.2 軟件開(kāi)發(fā)模式

隨著油田自動(dòng)化、信息化技術(shù)突飛猛進(jìn)，將油田帶到了“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)日臻完善，油氣生產(chǎn)數(shù)據(jù)呈爆炸式的增長(zhǎng)[2-4]，這為合理，快速，精準(zhǔn)的判斷抽油機(jī)井平衡度提供了有利的條件，同時(shí)也對(duì)計(jì)算程序的計(jì)算性能、計(jì)算方法提出了更高的要求。

（1）平衡計(jì)算程序

在大數(shù)據(jù)背景下，對(duì)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力提出越來(lái)越高的要求。從吞吐量到響應(yīng)時(shí)間，從可擴(kuò)展性到可容錯(cuò)性，從易用性到高性價(jià)比，這些指標(biāo)無(wú)一不給數(shù)據(jù)處理技術(shù)帶來(lái)了重大的挑戰(zhàn)。此外，基礎(chǔ)硬件環(huán)境的重大技術(shù)突破也為數(shù)據(jù)處理提供了新的發(fā)展契機(jī)。上述原因決定了在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，分布式并行處理將是解決大數(shù)據(jù)處理問(wèn)題的主要技術(shù)手段[5]。

分布式計(jì)算強(qiáng)調(diào)在所有異構(gòu)計(jì)算資源上同時(shí)求解問(wèn)題，并行計(jì)算強(qiáng)調(diào)同一臺(tái)計(jì)算資源內(nèi)部多線程并行，分布式、并行計(jì)算的特點(diǎn)在于為了解決海量數(shù)據(jù)的挖掘問(wèn)題，將所有的數(shù)據(jù)劃分為若干份，然后分布到各個(gè)計(jì)算資源上去進(jìn)行計(jì)算，每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成一個(gè)子任務(wù)，最后進(jìn)行集成[6]。軟件的計(jì)算程序采用了分布式、并行計(jì)算的方法，計(jì)算程序主體本身具有自主性、智能性等特點(diǎn)，不同算法、數(shù)據(jù)之間并行計(jì)算，大大提高了算法的執(zhí)行效率，減少了運(yùn)算時(shí)間。

（2）平衡計(jì)算方法

抽油機(jī)調(diào)平衡方法是將抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷、位移轉(zhuǎn)換成整個(gè)周期的減速箱輸出軸扭矩曲線，即懸點(diǎn)載荷扭矩—曲柄轉(zhuǎn)角曲線。同時(shí)計(jì)算出平衡塊扭矩—曲柄轉(zhuǎn)角曲線、曲柄扭矩—曲柄轉(zhuǎn)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(jìn)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(lái)判斷平衡。當(dāng)下沖程峰值扭矩與上沖程峰值扭矩的比值在80%~100%之間時(shí)，認(rèn)為抽油機(jī)處于平衡狀態(tài)。其中平衡率的計(jì)算公式如式（1）所示[9]。

曲柄平衡抽油機(jī)的凈扭矩計(jì)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(shí)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(guò)改變R調(diào)節(jié)平衡）；

不平衡時(shí)平衡半徑調(diào)整量可通過(guò)式（3）計(jì)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(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角。

當(dāng)△R＞0時(shí)，平衡塊往外移動(dòng)；當(dāng)△R＜0時(shí)，平衡塊向里移動(dòng)。

圖1 軟件界面

1.3 大數(shù)據(jù)周期性評(píng)價(jià)方法

油井地面功圖采集結(jié)果即抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷的變化直接影響抽油機(jī)的平衡狀況，而影響懸點(diǎn)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(jī)載荷的波動(dòng)幅度，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，必須對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行合理的調(diào)平衡[11]，利用某一時(shí)間點(diǎn)的功圖數(shù)據(jù)或采用標(biāo)準(zhǔn)功圖方式進(jìn)行平衡度調(diào)節(jié)只能達(dá)到即時(shí)平衡，同時(shí)平衡度的頻繁調(diào)節(jié)及標(biāo)準(zhǔn)功圖的校正增加了工作復(fù)雜性，增大了調(diào)節(jié)誤差。

大數(shù)據(jù)周期性評(píng)價(jià)方法對(duì)生產(chǎn)周期內(nèi)的功圖數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，智能篩選、迭代計(jì)算，確定平衡最優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)平衡狀態(tài)定量分析。

2 大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測(cè)與周期性評(píng)價(jià)軟件功能

2.1 平衡監(jiān)測(cè)模塊

平衡監(jiān)測(cè)模塊對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，統(tǒng)計(jì)分析，技術(shù)人員可以隨時(shí)了解油井的平衡狀況，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有針對(duì)性的進(jìn)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(jì)及對(duì)應(yīng)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(yīng)用，方便直觀的進(jìn)行過(guò)程分析和結(jié)果展示；對(duì)于工況不正常井、調(diào)平衡達(dá)極限井或由于采用措施導(dǎo)致功圖發(fā)生變化井可以進(jìn)行人工干預(yù)。

2.2 周期性評(píng)價(jià)模塊

利用大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)油井的平衡度進(jìn)行周期性評(píng)價(jià)，得出平衡最優(yōu)點(diǎn)，指導(dǎo)技術(shù)人員進(jìn)行精確的平衡調(diào)節(jié)。

模塊包括抽油機(jī)井單日的平衡度評(píng)價(jià)和生產(chǎn)周期內(nèi)抽油井的平衡度評(píng)價(jià)。

2.3 運(yùn)動(dòng)特性曲線分析模塊

精確計(jì)算抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)特性、曲柄轉(zhuǎn)角-位移曲線、曲柄轉(zhuǎn)角-速度曲線、曲柄轉(zhuǎn)角-加速度曲線、光桿位置扭矩因數(shù)。

圖2 抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)特性曲線

2.4 計(jì)算分析模塊

計(jì)算分析模塊采用了分布式、并行計(jì)算方式，利用減速箱曲柄輸出軸凈扭矩最大值法，結(jié)合示功圖數(shù)據(jù)，抽油機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)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(jī)運(yùn)動(dòng)特性曲線，平衡調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)分析，預(yù)測(cè)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(jī)井平衡度判斷的關(guān)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(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)管理，抽油機(jī)設(shè)備數(shù)據(jù)的增、刪、改、查，模塊中已包含大慶、吉油等15個(gè)廠家112種抽油機(jī)設(shè)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(shí)實(shí)現(xiàn)了不同廠家不同功圖格式手動(dòng)上傳。

（3）歷史數(shù)據(jù)管理，根據(jù)時(shí)間段對(duì)抽油機(jī)的歷史分析結(jié)果及分析數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

2.6 組織用戶權(quán)限管理模塊

通過(guò)權(quán)限分配給不同的角色設(shè)置模塊訪問(wèn)權(quán)限，將用戶與單位組織模塊相關(guān)聯(lián)，明確各級(jí)人員的管理審查目標(biāo)，提升抽油機(jī)井平衡狀態(tài)監(jiān)管水平。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

圖3，圖4為現(xiàn)場(chǎng)電流法調(diào)平衡結(jié)果與軟件優(yōu)化調(diào)平衡結(jié)果的對(duì)比分析?？梢钥闯觯秒娏鞣ㄕ{(diào)平衡時(shí)調(diào)整效果較差，抽油機(jī)井只能達(dá)到即時(shí)平衡，而根據(jù)軟件分析結(jié)果進(jìn)行調(diào)平衡，能夠?qū)崿F(xiàn)抽油機(jī)最佳平衡位置優(yōu)化調(diào)整，延長(zhǎng)了調(diào)平衡周期，降低調(diào)平衡工作量，給生產(chǎn)運(yùn)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(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)平衡監(jiān)測(cè)與周期性評(píng)價(jià)軟件根據(jù)長(zhǎng)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(chǎng)實(shí)際問(wèn)題，采用大數(shù)據(jù)周期性分析，分布式、并行計(jì)算模式，利用采集的功圖數(shù)據(jù)結(jié)合抽油機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)對(duì)抽油機(jī)平衡狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、周期性分析，形成平衡狀態(tài)統(tǒng)一監(jiān)管平臺(tái)，使技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)平衡潛力井，明確平衡調(diào)節(jié)目標(biāo)，為降低采油廠能耗、減輕勞動(dòng)強(qiáng)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(cè)與周期性評(píng)價(jià)軟件的應(yīng)用[J]. 數(shù)碼設(shè)計(jì), 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(kāi)發(fā)。E-mail:ctr9008@163.com