示功图诊断单井液量异常的系统建设分析

易 惠，姬宗江

（1.新疆油田公司数据公司，新疆 克拉玛依 834000；

2.新疆油田公司采油二厂，新疆 克拉玛依 834000）

0 引言

油井产量计量是油田生产管理中的一项重要基础工作。计量采油的目的是动态监测油井的产液量、产油量和产气量，通过生产动态分析了解井下生产情况，为井下生产决策提供准确的数据支持。因此，对油井产量进行准确、实时的测量，对于了解油藏情况、制订生产计划具有重要意义。

目前，我国大多数油田的油井产量计量主要是通过输油管道到计量站进行统一集中计量，存在地面支撑设备多、计量周期长、人力物力投入多、计量实时性和准确性较差等问题。这种测量方法既不经济，也不适合现代油田的开发。正是在这种背景下，用示功图计量原油的技术被提出。与其他计量原油的方法相比，示功图计量原油技术具有投资小、无计量站、可实时连续计量等优点，降低了投资成本，具有良好的实时性和准确性，提高了油田生产效率和管理水平，已成为一种有效的油井计量方法［1-2］。

随着信息技术快速发展，基于物联网的油井工况诊断与计产技术已经成为油田集成自动化的基础，通过对示功图诊断量液系统的研发，建立一套集自动采集、绘制示功图、在线诊断、液量计量于一体的管理系统，有助于优化油气地面工艺建设，降低投资成本，促进生产方式转变，提升生产管理水平和提高油田的综合效益。

1 系统建设目标

建立示功图诊断量液系统，实现液量连续计量及工况诊断，及时呈现油井生产情况，缩短油井故障分析处置时间。该系统的主要目标如下：

（1）完成单井产液量连续实时计量，便于管理人员及时获取生产信息。

（2）完成抽油机运行参数的自动获取，并快速生成示功图。通过对示功图进行研究分析，便于管理人员及时获取井下生产情况，统筹措施［3-4］。

（3）完成单井产液量变化记录与示功图诊断分析，整合异常信息，实现故障预警。

2 系统结构及功能简介

系统采用浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）框架设计，采用WebService 方式为其他项目提供了访问接口的函数，既能够实现跨平台的相互调用，也能够跨防火墙进行传输。系统的后端功能主要采用Java 语言，具有简单、面向对象、分布式、安全、平台无关、可移植、多线程、动态等特点。系统计算服务采用多线程及现存池技术，多线程技术可提升程序的响应速度，分别设置优先级以优化性能，提高系统运行效率［5-6］。

系统分为3 个层次：①显示层，通过浏览器向用户显示系统界面并提供交互功能；②计算层，涵盖示功图诊断、示功图量液和知识库管理等主要功能的核心算法；③数据层，包括测井数据库和井场实时数据等。

2.1 系统建设内容

示功图诊断量液系统分为3 个主要模块：诊断量液、知识管理、系统管理。诊断量液模块主要有量液汇总、示功图量液、示功图筛选、示功图诊断、产液量异常井信息、示功图诊断异常井信息；知识管理模块主要有二次诊断参数维护、量液参数维护以及特征库管理和审核、标准示功图库管理、工况类型管理；系统管理模块主要有角色管理、用户管理、用户组管理、权限管理等，具体架构见图1。

图1 系统功能架构

（1）示功图量液。根据地面作业图和地面生产资料生成井下示功图（泵作业图），对井下示功图进行定量处理，得到有效冲程、井下排量，并转换井口产液量。基于工况诊断的GCT 工作图测量流体法，结合有效的行程测油法和单井特性算法，为了消除漏失和工作制度的影响，进行了迭代数控、过阻尼控制、欠阻尼控制、泵图质量控制和输入参数控制。

（2）示功图诊断。工作图诊断采用人脸识别法+专家经验公式+斜率辅助诊断，通过人脸识别图形技术进行工作图诊断一次，采用专家经验公式进行工作状态二次诊断，示功图斜率计算三次诊断工作状态。示功图诊断功能主要有示功图对比、产量曲线、二次诊断、示功图斜率、示功图叠加、示功图平铺以及示功图量液。示功图诊断主页面展示以示功图为主，通过单位、计量站、井号、时间等进行筛选并查询诊断结果，图形化显示功图诊断的结果，表格化显示诊断输入数据和中间过程数据［7］。

（3）产液量异常井信息。通过今日与昨日、前十日、前一月平均历史数据（液量、油量、含水）的对比，快速识别油井生产异常波动，进行异常井工况诊断，自主定制对比条件对比历史数据，生成产液量异常井公告。在Web 页面中使用类似Excel 表格形式展示异常井汇总信息，根据井号、日期、单位等条件筛选查询功能，导出报表，导出文件形式为Excel 表格形式。

（4）特征库管理。根据油田生产情况可以自主定制符合油田特性的工况、特征示功图。针对特征库维护可以导入特征示功图或通过管理人员在示功图诊断页面随时添加示功图到特征库。实时示功图数据完成采集后进入诊断流程，经过诊断模型库与图形特征库处理得出结论，通过示功图叠加对比发现新的特征示功图，可加入系统特征库进行管理。在应用于系统前由审核人员进行审核，管理人员在特征库管理页面可随时查询、删除和修改示功图［8］。

2.2 技术创新点与特性

（1）人脸识别人工智能算法、专家诊断知识库和斜坡辅助诊断的三合一图形诊断方法：基于图形诊断的三合一计量方法对正常工况和非正常工况采用不同的算法。

（2）油田单井特性算法：经过实验和优化，针对不同油藏特性的不同工况和对应算法，确保对正常功况和非正常功况量液的准确性。为了消除工作制度的影响，采用迭代数字控制、过阻尼控制、欠阻尼控制、泵图质量控制和输入参数控制。

（3）泵示功图的定量处理算法：根据地面作业图和地面生产数据，将地面示功图生成井下示功图（泵示功图），并对井下示功图进行定量处理，得到有效冲程、井下排量，最后对井口流体产量进行转换［9］。

2.3 应用效果

示功图诊断量液系统自运行以来应用情况良好，每月登录系统的访问量已达到300 余次。通过该系统智能诊断与量油，采集生产数据进行分析，不断优化系统量油算法，逐步提高诊断与量油准确率，降低普通人工计量与人工巡井频度，提高生产效率，以实现对系统量油情况的全面掌握，进一步提高油气田“生产运行与管理”决策的系统性和准确性。

3 结语

示功图诊断量液系统由人工绘制示功图进行工况分析转变为自动采集绘制示功图进行数据库诊断分析，缩短了分析数据到措施下达的时间，实现了智能预警，降低了油井工作制度的影响。系统涵盖了典型基础示功图特征，提高了后续示功图诊断时率，为下一步示功图特征分析奠定了基础。利用示功图测量单井流体量可以提高单井测量资料的精度，为地质资料的进一步应用提供可靠的数据依据。系统的投用优化了油气地面工艺建设，大幅提升了管理人员的工作效率，将现场员工从繁重的巡检工作中解放出来从事其他生产工作，降低了员工劳动强度。