WRSR 法的抽油機(jī)井合理運(yùn)行狀態(tài)研究

黃曉莉 （大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠）

油田抽油機(jī)井基數(shù)大，占油田常規(guī)人工舉升工藝井的80%以上。抽油機(jī)井合理運(yùn)行直接影響油田開發(fā)的高效實(shí)施，諸多學(xué)者就抽油機(jī)高效運(yùn)行進(jìn)行了一系列研究。趙曉蕾[1]對(duì)抽油泵進(jìn)行了一系列技術(shù)改進(jìn)，提高了泵效；李丹丹[2]從系統(tǒng)的角度對(duì)油井節(jié)能電動(dòng)機(jī)的綜合品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并研究節(jié)能電動(dòng)機(jī)與抽油機(jī)之間的優(yōu)化選配方法；常瑞清等[3]為解決游梁式抽油機(jī)井載荷沖擊大、振動(dòng)大，導(dǎo)致能耗高、系統(tǒng)效率低等問題，開展了電動(dòng)機(jī)隨動(dòng)變速運(yùn)行技術(shù)相關(guān)研究；劉士玉[4]將抽油機(jī)有桿泵抽油系統(tǒng)分為地面及井下兩部分，根據(jù)抽油機(jī)井光桿功率及電網(wǎng)向抽油機(jī)系統(tǒng)輸入的總電能，分析得出抽油機(jī)井地面能耗與地下能耗占比，提出了“大泵徑、長沖程、低沖次”的地面及地下一體化優(yōu)化節(jié)能思路。上述學(xué)者對(duì)抽油機(jī)合理運(yùn)行進(jìn)行的研究主要參考了如抽油泵、沖程、沖次、抽油桿管一個(gè)或幾個(gè)方面的指標(biāo)，考慮不夠全面。黨荃錚、王小玲、庫土力克·加帕等[5-7]多名學(xué)者采用RSR 對(duì)雷達(dá)裝備和AFP 病例監(jiān)測(cè)質(zhì)量等進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了該方法在相關(guān)工作指標(biāo)的優(yōu)劣認(rèn)定中的可行性。因此，文中擬采用RSR 法對(duì)抽油機(jī)井生產(chǎn)和能耗指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，來評(píng)估抽油機(jī)運(yùn)行工況，為進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)行提供支持。

1 WRSR 法模型

WRSR（Weight Rank Sum Ratio）評(píng)價(jià)方法，即權(quán)重秩和比評(píng)估法，是一種多屬性決策方法。通過秩轉(zhuǎn)換，獲得無量綱統(tǒng)計(jì)量RSR，以RSR 值對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣直接排序或分檔排序，從而對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象做出綜合評(píng)價(jià)[8-10]。

1） 列待評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表。按評(píng)價(jià)對(duì)象為行（n個(gè)），評(píng)價(jià)指標(biāo)為列（m個(gè)），將原始數(shù)據(jù)排列成矩陣表（n行m列）。

2）編秩。整次RSR 法：極大型指標(biāo)從小到大編秩，極小型指標(biāo)從大到小編秩，同一指標(biāo)數(shù)據(jù)相同者編平均秩，得到秩矩陣，記為R，秩越大越優(yōu)；非整次RSR 法：此方法所編秩次與原指標(biāo)值之間存在定量的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，克服了RSR 法秩次化時(shí)易損失原指標(biāo)值定量信息的缺點(diǎn)。

極大型指標(biāo)（效益型指標(biāo)）：

極小型指標(biāo)（成本型指標(biāo)）：

3）計(jì)算秩和比并排序，公式如下：

式中：CRSRi為秩和比；wj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；Rij為第i個(gè)對(duì)象第j個(gè)指標(biāo)的秩；n為評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)；m為指標(biāo)個(gè)數(shù)。

4）確定RSR 的分布（轉(zhuǎn)化為概率單位）。RSR的分布是指用概率單位Probit 表達(dá)的值特定的累計(jì)頻率。Probit 模型是一種廣義的線性模型，服從正態(tài)分布。其轉(zhuǎn)換方法為：編制RSR 頻數(shù)分布表，列出各組頻數(shù)f，計(jì)算各組累計(jì)頻數(shù)∑f；確定各組RSR 的秩次范圍及平均秩次；計(jì)算累計(jì)頻率，最后一項(xiàng)記為并進(jìn)行修正；將累計(jì)頻率換算為概率單位Probit， Probit 為累計(jì)頻率對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)離差(u)加5。

5）計(jì)算直線回歸方程。以累積頻率所對(duì)應(yīng)的概率單位Probit 為自變量，以RSR 值為因變量，計(jì)算直線回歸方程，即：CRSR=a+b×Pr obit 。（a，b為直線回歸系數(shù)；CRSR為RSR 擬合值）。

6）通過檢驗(yàn)回歸方程輸出RSR 矯正值，并進(jìn)行分檔排序。

2 評(píng)價(jià)實(shí)例與分析

M 采油廠某班組有抽油機(jī)井55 口，統(tǒng)計(jì)了包含流壓、泵效、沖程利用率、電流比、功率利用率、扭矩利用率、沖次利用率和載荷利用率共8 項(xiàng)指標(biāo)，以10 口抽油機(jī)井為例，8 項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。其中，流壓和電流比為區(qū)間型指標(biāo)，最優(yōu)區(qū)間分別為[3，4]、[80，110]，這是因?yàn)榱鲏哼^低無法保證泵效且容易引起抽油桿偏磨，而流壓過高不利于油水井對(duì)應(yīng)驅(qū)替儲(chǔ)層的效果；電流比在[80，110]時(shí)，抽油機(jī)上下沖程載荷平衡。而其他的泵效、抽油機(jī)利用率等6 項(xiàng)指標(biāo)為極大型指標(biāo)，即越大越好。

表1 10 口抽油機(jī)井8 項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Eight indicator statistics of 10 pumping unit wells

為了得到各指標(biāo)的權(quán)重，首先采用熵值法對(duì)各指標(biāo)獲得信息熵冗余度，然后計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，權(quán)重計(jì)算前對(duì)流壓和電流比這2 項(xiàng)區(qū)間型指標(biāo)向極大型指標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換公式為：

式中：xi為數(shù)據(jù)處理前指標(biāo)值；? 為數(shù)據(jù)處理后的指標(biāo)值；a、b分別為理想?yún)^(qū)間的下限值和上限值。

然后，對(duì)8 項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行極差法標(biāo)準(zhǔn)化處理，并計(jì)算熵權(quán)。熵權(quán)法計(jì)算流程見圖1，熵權(quán)法權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表2。

圖1 熵權(quán)法計(jì)算流程Fig.1 Calculation process of entropy weight method

表2 熵權(quán)法權(quán)重計(jì)算結(jié)果Tab.2 Weight calculation results of entropy weight method

進(jìn)行WRSR 法計(jì)算，計(jì)算流程見圖2。

首先，計(jì)算秩、加權(quán)秩和，并排名；然后，結(jié)合RSR 值得到RSR 分布值，確定每個(gè)分布值的頻數(shù)、累積頻數(shù)和平均秩次值；根據(jù)平均秩次值，查詢“百分?jǐn)?shù)與概率單位對(duì)照表”，得到其所對(duì)應(yīng)概率單位Probit 值。

以累計(jì)頻率所對(duì)應(yīng)的概率單位值Probit 為自變量，以RSR 值為因變量，進(jìn)行線性回歸，從F 檢驗(yàn)的結(jié)果分析可以得到，顯著性P值為0.000***，水平呈現(xiàn)顯著性，拒絕了回歸系數(shù)為0 的原假設(shè)，同時(shí)模型的擬合優(yōu)度R2 為0.934，模型表現(xiàn)較為優(yōu)秀，因此模型基本滿足要求。對(duì)于變量共線性表現(xiàn)，方差膨脹系數(shù)（VIF）全部小于10，因此模型沒有多重共線性問題，模型構(gòu)建良好。

模型回歸方程為：CRSR=- 0.261 + 0.122 ×Probit 值。

現(xiàn)將55 口抽油機(jī)井的RSR 臨界值進(jìn)行區(qū)間比較，進(jìn)而得到分檔等級(jí)水平，RSR 擬合值排序見圖3，單井分檔排序匯總見表3。

圖3 RSR 擬合值排序Fig.3 Sorting chart of RSR fit values

表3 單井分檔排序匯總Tab.3 Summary of single well classification and sorting

將55 口井分成4 個(gè)等級(jí)，X30，X43，X47，X53 井處于第4 檔最優(yōu)，X1，X24，X28 井處于第1檔最差，其余有48 口井處于中間第二檔、第三檔。

通過對(duì)處于第一檔和第二擋級(jí)別的27 口井調(diào)查認(rèn)為：部分井電流不平衡；流壓超出合理區(qū)，未進(jìn)行及時(shí)放產(chǎn)；機(jī)型偏大，導(dǎo)致扭矩利用率、功率利用率低；未按照長沖程低沖次配置抽汲參數(shù)，致使沖程利用率、沖次利用率均未達(dá)到理想水平；個(gè)別井泵徑偏小，有待調(diào)整。對(duì)WRSR 評(píng)估中發(fā)現(xiàn)的問題井進(jìn)行了梳理，對(duì)27 口井進(jìn)行措施調(diào)整，調(diào)平衡17 井次，調(diào)參8 井次，檢換泵6 井次，調(diào)泵掛深度9 井次，機(jī)型對(duì)調(diào)2 井次，更換節(jié)能電動(dòng)機(jī)9井次。調(diào)整后，對(duì)該班組的55 口抽油機(jī)井重新進(jìn)行WRSR 分析，落入一檔和二檔的井?dāng)?shù)由措施前的27 口減少至16 口，措施初見成效。對(duì)27 口井的生產(chǎn)耗電情況分析，措施前日耗電量為3 153.6 kWh，措施后日耗電量為2 786.9 kWh，日節(jié)電量為366.7 kWh，年經(jīng)濟(jì)效益7.93 萬元，部分單井措施效果見表4。調(diào)整后，抽油機(jī)井各指標(biāo)情況轉(zhuǎn)好，例如流壓水平趨于合理化，油水井端生產(chǎn)壓差更合理，利于儲(chǔ)層合理開發(fā)；采用長沖程低沖次后，桿管偏磨也隨之改善，利于檢泵周期的延長。

表4 部分單井措施效果Tab.4 Effect of some single well measures

3 結(jié)論

構(gòu)建了包含流壓、泵效、沖程利用率、沖次利用率、電流比、功率利用率、扭矩利用率等8 項(xiàng)指標(biāo)的抽油機(jī)井運(yùn)行評(píng)價(jià)體系，熵權(quán)法的權(quán)重大小依次為扭矩利用率、沖次利用率、功率利用率、載荷利用率、沖程利用率、泵效、流壓、電流比。用WRSR 法對(duì)綜合指標(biāo)進(jìn)行四檔分類，低效井主要處于第1 檔和第2 檔，這些井在電流比、流壓、扭矩利用率、功率利用率、沖程利用率、沖次利用率方面未達(dá)到理想水平，同時(shí)個(gè)別井存在泵徑偏小問題。以三換一調(diào)為主要措施，對(duì)單井進(jìn)行綜合調(diào)整，27 口井年節(jié)電13.39×104kWh，經(jīng)濟(jì)效益較為可觀。