有杆泵抽油过程动态建模及冲次优化研究

摘要

有杆抽油系统作为国内外油田最为广泛使用的，也是至今在机械采油方式中占绝对主导地位的人工举升方式。由于游梁式有杆泵抽油机具有结构简单、使用可靠、操作维护方便，并能在恶劣的自然条件下长期连续工作等优点，在油田开采过程中得到广泛的应用。有杆抽油系统主要包括了抽油机、抽油杆和抽油泵三个组成部分。我国现有各种型号的抽油机保有量在二十万台以上。游梁式有杆泵抽油机是油田使用最广泛的地面抽油设备。
　　本文首先，结合现有游梁式抽油机工作原理进行介绍。对油田在役的常规型游梁式抽油机的运动学和悬点载荷等动力学参数进行了详尽的分析计算。同时分析了油层向油井液体流入的动态特性。还对抽油泵的工作过程进行分析，并给出了液体流动与相关压力的计算方法。
　　其次，针对上述模型，利用Matlab，编制了仿真程序。对游梁式抽油机的悬点位移、速度和加速度等进行了仿真;油井流入动态仿真;还对一个周期内抽油泵液体流入与排出、泵腔压力变化进行了仿真;再对更长时间维度内的动液面变化规律进行仿真。通过这些仿真，完整给出了液体由地层流入井内，再通过抽油泵排出到井外的过程。
　　最后，对动液面变化模型的研究为游梁式有杆泵抽油机的冲次优化提供了依据，在此基础上建立冲次优化的数学模型。根据优化目标的不同，分别建立产油量最多目标函数和经济效益最优目标函数。研究抽油机冲次优化过程中的约束条件，其中包括动液面的约束，以及避免电机长时间大载荷运行而发生故障的约束。对比了优化前后算例中的产油量和经济性，证明了冲次优化方法能够在提高生产效率方面所起到非常显著的作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 有杆泵抽油系统研究现状及发展趋势

1．1．1 有杆泵抽油系统发展概述

1．1．2 有杆泵抽油系统设计分析方法

1．2 抽油机发展概述

1．2．1 国外抽油机的发展现状及趋势

1．2．2 国内抽油机的发展现状及趋势

1．2．3 未来抽油机的发展方向

1．3 计算机仿真技术在抽油系统中的应用

1．3．1 MATLAB仿真软件简介

1．3．2 有杆抽油系统工作行为仿真技术的研究现状

1．3．3 游梁式抽油机仿真技术的发展趋势

1．4 本文的主要研究工作

第2章 有杆泵抽油系统的工作原理

2．1 概述

2．2 游梁式抽油机的工作原理

2．3 油井流入动态

2．4 抽油泵的工作过程

第3章 抽油系统建模与仿真

3．1 概述

3．2 游梁式抽油机机械运动建模

3．2．1 游梁式抽油机悬点运动规律

3．2．2 游梁式抽油机悬点载荷分析

3．2．3 仿真验证

3．3 油井流入动态建模

3．3．1 油井流入动态建模的建立

3．3．2 仿真验证

3．4 抽油泵的建模

3．4．1 抽油泵泵阀的运动模型

3．4．2 相关压力的建模

3．4．3 仿真验证

3．5 动液面变化建模

3．5．1 动液面的变化建模

3．5．2 仿真验证

第4章 冲次优化的研究

4．1 概述

4．2 优化模型的建立

4．2．1 优化对象的分析

4．2．2 冲次优化目标函数的确定

4．2．3 冲次优化约束条件的分析

4．3 冲次优化算法

4．3．1 动液面相关函数的确定

4．3．2 优化算法的流程

4．4 冲次优化计算

4．4．1 函数f(Hd)和g(nd)的确定

4．4．2 出油量为目标的冲次优化

4．4．3 经济性为目标的冲次优化

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢