基于泵功图的直线电机抽油机工况诊断与控制方法研究

摘要

在原油开采中,电能的大量浪费是导致采油成本过高的主要原因,特别是在油田开采的后期,蓄油液面下降导致抽油机在工作中存在着严重的“空抽”或“半抽”现象,无效行程增加,载荷率低,甚至造成抽油设施的损坏。直线电机抽油机为智能化高效采油提供了一种先进的工艺操作平台。本文针对直线电机抽油机抽油控制,以泵功图诊断为基础设计了抽油机工况诊断与控制的方法,并开发了采用该方法的嵌入式控制软件系统。本文的主要研究工作包括:
　　分析了嵌入式系统技术、直线电机应用技术和石油开采控制技术的发展状况,介绍了直线电机抽油机的系统结构,比较分析了其相对于传统游梁式抽油机的优点。分析了杆式抽油泵的工作原理,以抽油杆微元体为研究对象,建立了计算抽油杆任意截面载荷及位移的波动方程,实现了由地上示功图计算获得地下泵功图,为抽油井、泵的诊断提供了基础。
　　运用模糊逻辑理论,开展了基于泵功图的抽油井、泵工况诊断研究。在建立了泵功图的图形特征到抽油机工作状况的对应关系的基础上,定义了模糊评语集,根据预定义的隶属函数确定每种图形特征反映的抽油机运行状况,并由每种图形特征权重综合评判抽油机的工作状态。该诊断方法数据处理量小,可实现抽油机典型工况的诊断。将工况诊断结果和抽油机控制策略相结合,设计了停抽、间抽、调整抽油机冲次的具体控制策略,从而为抽油机在线故障诊断与控制提供了基础。
　　介绍了直线电机抽油机嵌入式控制系统的硬件平台;通过编译安装引导程序、定制内核和制作文件系统,构建了嵌入式Linux软件平台,建立了PC交叉开发环境。对嵌入式Linux的典型的GUI系统的优缺点进行了对比分析,选择了面向嵌入式应用的轻量级图形用户界面MiniGUI,重点分析了MiniGUI的体系结构,并构建了MiniGUI开发环境。
　　分析了抽油机控制系统的软件功能需求,详述了抽油机控制器的界面显示模块、泵功图诊断与控制模块、与变频器通讯模块、数据存储与转存模块、附加功能模块的技术关键及其实现过程,着重对界面显示模块的程序结构进行了分析,并对控制器与变频器的基于USS协议的通讯程序进行了详细地研究。