油田注水流量控制系统的研究与开发

摘要

注水是补充和提高油层压力的主要方式之一，在我国石油开采行业被广泛应用。注水效果的好坏对油田的稳定生产有着很大的影响，注水效果越好，石油采收率越高，所以实现注水技术的改良和革新是很有意义的。油田注水流量控制系统作为一种重要的注水设备，在实现准确注水上起到了巨大的作用，然而这类设备仍存在自动化程度低、抗干扰能力差、注水不够准确等问题，不利于油田的稳定生产。为了解决这些问题，本文研究和开发了一款用于油田注水的流量控制系统，主要从以下方面进行了研究： 一、论文阐明了油田注水流量控制系统的重要性，结合当前研究现状分析了现有油田注水流量控制系统的优缺点，并探讨了当前油田注水流量控制系统存在的主要问题。同时根据实际工况，着眼于提高系统自动化程度和流量控制准确度，给出了流量控制系统的总体设计方案。 二、研究和分析了油田注水流量控制系统常用的几种控制技术，针对该系统存在的动态性能不佳、控制准确度低等问题，提出了将不完全微分PID控制技术应用于本系统的想法，并通过仿真的方式对该技术的性能进行验证。 三、论文详细地阐述了硬件电路的设计过程。硬件电路以STM32芯片作为核心控制芯片，以存储模块、通信模块和显示模块等外部功能模块为组成部分，使系统具备了完善的控制功能。另外在电路设计中加入隔离、硬件滤波等抗干扰方法来提高系统的可靠性，减小干扰因素对数据准确性的影响。 四、根据生产要求，采用模块化的方式设计了系统的软件程序，主要包括各功能模块的驱动程序、核心控制程序和其他辅助程序的设计。同时在软件中加入抗干扰设计，以便提高软件自身的可靠性，加强油田注水流量控制系统的抗干扰能力。 五、完成核心电路板的制作和调试，确保硬件系统可正常运行，然后搭建实验平台，利用流量控制实验对系统进行了整体测试，并对实验数据和误差进行详细分析，通过实验证明了本系统具备良好的控制能力，可靠性高。 本文研发的油田注水流量控制系统的控制准确度高，抗干扰能力强，瞬时流量控制误差在1.5%以下，能够满足实际工程的需要，同时对其他相关的研究也有一定的参考价值。

目录

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第1章绪论

1.1 课题来源、研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3拟解决的问题和主要研究内容

第2章系统总体方案设计

2.1 油田注水流量控制系统原理

2.2 系统设计要求

2.3 硬件总体方案设计

2.4 软件总体方案设计

2.5 本章小结

第3章系统控制算法的研究与选择

3.1 常用控制技术分析

3.2 常规PID控制算法

3.3 不完全微分PID控制算法

3.4 算法仿真分析

3.5 本章小结

第4章硬件系统设计

4.1 单片机最小系统设计

4.2 信号输入输出电路

4.3 通信模块

4.4 外部存储模块

4.5 显示模块

4.6 硬件抗干扰设计

4.7 本章小结

第5章系统软件设计

5.1 软件开发环境

5.2 系统主程序设计

5.3 软件滤波程序设计

5.4 不完全微分PID控制程序设计

5.5 模数转换程序设计

5.6 控制信号输出程序

5.7 通信程序设计

5.8 软件抗干扰设计

5.9 本章小结

第6章系统测试与数据分析

6.1 核心电路板测试

6.2 系统整体测试与数据分析

6.3 误差来源与消除方法

6.4 本章小结

第7章总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文