專利名稱：基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次方法。
背景技術(shù)：
潛油往復(fù)式抽油機(jī)是一種以直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新型抽油機(jī)，目前，各大油田使用的這種抽油機(jī)的配套設(shè)施尚不完備，尤其是直線電機(jī)控制系統(tǒng)缺少有效地優(yōu)化控制方法，絕大多數(shù)潛油往復(fù)式抽油機(jī)處于無(wú)控制的運(yùn)行狀態(tài)，這種情況會(huì)造成油田開(kāi)發(fā)資源的浪費(fèi)以及開(kāi)采成本的提高，并且可能導(dǎo)致潛油往復(fù)式抽油機(jī)故障率升高。由于潛油往復(fù)式抽油機(jī)采用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新型舉升方式，使得抽油機(jī)具有良好的可控性及節(jié)能潛力。但目前，潛油往復(fù)式抽油機(jī)的控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)并未從節(jié)能和高效生產(chǎn)的角度進(jìn)行考慮，直線電機(jī)沖次(即直線電機(jī)每分鐘往復(fù)次數(shù))調(diào)整周期長(zhǎng)(一股為1個(gè)月以上)，無(wú)法及時(shí)適應(yīng)井下動(dòng)液面的變化，抽油機(jī)在下一個(gè)沖次調(diào)整周期到來(lái)前極有可能處于空抽狀態(tài)，這樣既浪費(fèi)了電能也對(duì)抽油機(jī)本身壽命造成影響。目前，潛油往復(fù)式抽油機(jī)的工作狀態(tài)由人工測(cè)量油井動(dòng)液面高低位置后手動(dòng)調(diào)整抽油機(jī)沖次，調(diào)整周期長(zhǎng)，且完全依靠人工經(jīng)驗(yàn)，不具備沖次優(yōu)化的理論支撐，動(dòng)液面變化頻繁的油井抽油機(jī)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于高沖次空抽狀態(tài)而空耗電能，當(dāng)動(dòng)液面位置較低時(shí)， 沖次較低的油井又可能因井下液體流動(dòng)過(guò)緩，引發(fā)結(jié)蠟等故障，因此，潛油往復(fù)式抽油機(jī)需要一種合理的沖次優(yōu)化控制方法，及時(shí)根據(jù)油井狀態(tài)調(diào)整直線電機(jī)，達(dá)到節(jié)能、高效生產(chǎn)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決潛油往復(fù)式抽油機(jī)沒(méi)有合理的沖次優(yōu)化控制方法，不能根據(jù)油井狀態(tài)調(diào)整直線電機(jī)的問(wèn)題，提供一種基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法。本發(fā)明方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、動(dòng)液面時(shí)間序列的歸一化處理；步驟二、對(duì)步驟一歸一化處理后的動(dòng)液面時(shí)間序列的樣本空間進(jìn)行重構(gòu)；步驟三、建立支持向量機(jī)動(dòng)液面預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行動(dòng)液面時(shí)間序列的回歸預(yù)測(cè)；步驟四、確定沖次優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)r = max(t^)
i=\以和潛油往復(fù)式抽油機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有關(guān)的參數(shù)或函數(shù)為參變量，建立沖次與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的函數(shù)模型，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性函數(shù)中各參變量對(duì)函數(shù)的影響程度的強(qiáng)弱，簡(jiǎn)化經(jīng)濟(jì)性函數(shù)，得到目標(biāo)函數(shù)；步驟五、確定沖次優(yōu)化模型結(jié)合具體抽油機(jī)的沖次上限和下限值，以及預(yù)先設(shè)定的動(dòng)液面預(yù)測(cè)天數(shù)，給出沖次優(yōu)化的約束條件，結(jié)合沖次優(yōu)化的約束條件及經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)，得到該潛油往復(fù)式抽油機(jī)的沖次優(yōu)化模型；步驟六、利用步驟五獲取的沖次優(yōu)化模型，并采用分區(qū)間、分時(shí)段的方法得到?jīng)_次的優(yōu)化方法在潛油往復(fù)式抽油機(jī)的沖次區(qū)間上分割成若干子區(qū)間，相應(yīng)地將該油井的動(dòng)液面的區(qū)間分割成對(duì)應(yīng)的子區(qū)間，使預(yù)測(cè)得到的動(dòng)液面值，與其所在的動(dòng)液面子區(qū)間對(duì)應(yīng)的沖次子區(qū)間內(nèi)的沖次值相匹配，將總的預(yù)測(cè)時(shí)間分成若干時(shí)間段，分別在各時(shí)間段內(nèi)，將與預(yù)測(cè)得到的動(dòng)液面值相匹配的沖次值代入沖刺優(yōu)化模型進(jìn)行計(jì)算，得到?jīng)_次優(yōu)化結(jié)果。本發(fā)明具有以下有益效果一、本發(fā)明不需要人工測(cè)量油井的動(dòng)液面值，通過(guò)動(dòng)液面的歷史數(shù)據(jù)即可得到未來(lái)動(dòng)液面的變化趨勢(shì)，利用動(dòng)液面預(yù)測(cè)方法，將預(yù)測(cè)結(jié)果應(yīng)用于潛油往復(fù)式抽油機(jī)的沖次優(yōu)化，及時(shí)根據(jù)油井狀態(tài)調(diào)整直線電機(jī)，使得抽油機(jī)控制自動(dòng)化程度提高，且節(jié)能效果顯著。二、本發(fā)明涉及的算法經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，算法簡(jiǎn)單，易于在采油現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)。


圖1是基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法的流程圖，圖2是支持向量機(jī)預(yù)測(cè)方法和線性預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)精度的比較曲線圖(圖中SVM方法為支持向量機(jī)預(yù)測(cè)方法、ARMA方法為線性預(yù)測(cè)方法)；圖3是普通支持向量機(jī)預(yù)測(cè)方法和帶沖次輸入的支持向量機(jī)預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)精度的比較曲線圖(圖中SVM方法為支持向量機(jī)預(yù)測(cè)方法，改進(jìn)SVM方法為帶沖次輸入的支持向量機(jī)預(yù)測(cè)方法)；圖4是沖次優(yōu)化誤差曲線圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、動(dòng)液面時(shí)間序列的歸一化處理；步驟二、對(duì)步驟一歸一化處理后的動(dòng)液面時(shí)間序列的樣本空間進(jìn)行重構(gòu)；步驟三、建立支持向量機(jī)動(dòng)液面預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行動(dòng)液面時(shí)間序列的回歸預(yù)測(cè)；步驟四、確定沖次優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)r = max(t^)
權(quán)利要求
1.一種基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于所述方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟一、動(dòng)液面時(shí)間序列的歸一化處理；步驟二、對(duì)步驟一歸一化處理后的動(dòng)液面時(shí)間序列的樣本空間進(jìn)行重構(gòu)；步驟三、建立支持向量機(jī)動(dòng)液面預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行動(dòng)液面時(shí)間序列的回歸預(yù)測(cè)；步驟四、確定沖次優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于步驟一中對(duì)動(dòng)液面時(shí)間序列的歸一化處理過(guò)程采用公式
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于步驟二中動(dòng)液面時(shí)間序列樣本空間的重構(gòu)過(guò)程以動(dòng)液面和沖次的歸一化時(shí)間序列為基礎(chǔ)，構(gòu)造支持向量機(jī)訓(xùn)練樣本，并進(jìn)行輸入樣本空間的重構(gòu)，輸入、輸出矩陣為公式-
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于步驟三中建立支持向量機(jī)動(dòng)液面預(yù)測(cè)模型中，選取的核函數(shù)為徑向基函數(shù)建立支持向量機(jī)SVM動(dòng)液面預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行動(dòng)液面時(shí)間序列的回歸預(yù)測(cè)，利用支持向量機(jī)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)是通過(guò)非線性映射把輸入空間的樣本映射到高維特征空間做線性回歸， 即有Φ R"?！?Rm。(m0 > n0)，令SVM對(duì)應(yīng)的回歸函數(shù)為公式四
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于步驟四中的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于步驟五中確定沖次優(yōu)化模型結(jié)合抽油機(jī)的沖次上限值和下限值以及預(yù)先設(shè)定的動(dòng)液面預(yù)測(cè)天數(shù)，給出沖次優(yōu)化的約束條件，結(jié)合沖次優(yōu)化的約束條件及經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)，得到該潛油往復(fù)式抽油機(jī)的沖次優(yōu)化模型公式十一
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于步驟六中采用分區(qū)間、分時(shí)段的方法得到?jīng)_次的優(yōu)化方法在潛油往復(fù)式抽油機(jī)的沖次區(qū)間上分割成若干子區(qū)間，相應(yīng)地將該油井的動(dòng)液面的區(qū)間分割成對(duì)應(yīng)的子區(qū)間，使預(yù)測(cè)得到的動(dòng)液面值與其所在的動(dòng)液面子區(qū)間對(duì)應(yīng)的沖次子區(qū)間內(nèi)的沖次值相匹配，將總的預(yù)測(cè)時(shí)間分成若干時(shí)間段，分別在各時(shí)間段內(nèi)，將與預(yù)測(cè)得到的動(dòng)液面值相匹配的沖次值代入沖刺優(yōu)化模型公式十一中進(jìn)行計(jì)算，得到?jīng)_次優(yōu)化結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于劃分沖次子區(qū)間和動(dòng)液面子區(qū)間時(shí)，沖次子區(qū)間之間可以有重疊，動(dòng)液面子區(qū)間不可以有重疊，且每個(gè)動(dòng)液面子區(qū)間都必須有唯一確定的沖次子區(qū)間與之對(duì)應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，其特征在于在總的預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)所分的時(shí)間段為等長(zhǎng)且互不重疊的區(qū)間。
全文摘要
基于動(dòng)液面預(yù)測(cè)的潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次優(yōu)化方法，它涉及一種潛油往復(fù)式抽油機(jī)沖次方法，以潛油往復(fù)式抽油機(jī)沒(méi)有合理的沖次優(yōu)化控制方法，不能根據(jù)油井狀態(tài)調(diào)整直線電機(jī)的問(wèn)題。方法步驟一、動(dòng)液面時(shí)間序列的歸一化處理；步驟二、對(duì)步驟一歸一化處理后的動(dòng)液面時(shí)間序列的樣本空間進(jìn)行重構(gòu)；步驟三、建立支持向量機(jī)動(dòng)液面預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行動(dòng)液面時(shí)間序列的回歸預(yù)測(cè)；步驟四、確定沖次優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)函數(shù)步驟五、確定沖次優(yōu)化模型；步驟六、利用步驟五獲取的沖次優(yōu)化模型，并采用分區(qū)間、分時(shí)段的方法得到?jīng)_次的優(yōu)化方法本發(fā)明用于潛油往復(fù)式抽油機(jī)的油井上。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102354111SQ20111019707
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月14日
發(fā)明者于德亮, 張永明, 鄧盛川, 齊維貴 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)