基于自适应智能配电分析的数字化油井状态监控系统研究

摘要

本课题为解决在油田开采后期潜油电机因欠载运行而导致的机组过热和能耗过大问题，研究基于自适应智能配电分析的数字化油井状态监控系统，以满足国家对潜油电机温度监测、节能降耗以及油井数字化三方面的需求。
　　首先，为了对潜油电机的欠载运行状态进行准确的故障诊断，需要可靠的状态监测理论作为依据。本文分别用基于转子槽谐波的温度辨识方法和基于热力学模型的温度预测方法推导出温度的计算公式，再将两种理论方法相结合给出更加完善的状态监测理论。然后，搭建潜油电机状态监控系统硬件实验平台，并对潜油电机的状态监测算法进行总体的设计与优化，在前期研究的基础上将热力学模型的热参数由固定值改为非线性变化量，并加入闭环在线调制过程，使温度预测算法更加完善，进而得出较为准确的温升预测曲线和稳态温度终值。
　　其次，在故障诊断之后需要对电机进行相应的智能控制。本文在电机的控制方式上提出基于最佳压频比的闭环控制理论，并通过SIMULINK中的仿真分析验证所提出的控制方法的可行性，为实现自适应智能配电控制奠定理论基础。为得出最佳压频比曲线，在基于工控机和数据采集卡的硬件实验平台中进行多组分段恒压频比降频调速实验，找出负载、频率、最佳压频比之间的关系，使潜油电机在针对故障状态进行反馈控制时，自动匹配最佳压频比，实现自适应智能配电控制。所做的工作兼顾潜油电机的安全稳定运行和高效节能降耗。
　　最后，为了响应油井数字化的需求，开发基于 LabVIEW的监控系统上位机组态，编程建立软硬件之间的实时通讯，实现模拟量信号的采样和输出，然后利用 LabVIEW图形化的语言完成电机运行状态监控程序的编写，并加入温度告警和数据存入功能，完整地模拟在控制室内进行远端实时通讯、在线状态监控、温度报警和预警以及综合数据统计的全过程。

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中文摘要

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外在该领域内的研究现状及分析

1.3本文主要研究内容

第2章 数字化油井状态监控机理分析

2.1基于转子槽谐波的潜油电机温度辨识机理

2.2基于热力学模型的潜油电机温度预测机理

2.3温度辨识与温度预测相结合的状态监测理论

2.4基于最佳压频比的自适应闭环控制理论

2.5本章小结

第3章 数字化油井状态监测系统设计与优化

3.1系统硬件实验平台

3.2系统软件设计

3.3系统软件算法的优化

3.4本章小结

第4章 数字化油井自适应智能配电控制

4.1控制方法的可行性分析

4.2分段恒压频比降频调速实验

4.3最佳压频比曲线拟合

4.4本章小结

第5章 数字化油井状态监控系统上位机组态的开发

5.1基于LabVIEW的软件实验平台

5.2软硬件实时通讯的建立

5.3电机运行状态的监控

5.4附加功能的实现

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

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致谢