智能化抽油节能控制与故障诊断技术的研究

摘要

石油是我国经济建设与工业发展过程中不可或缺的战略物资。我国油井多为低产油井，容易发生空抽现象，造成电能的大量浪费与抽油设备的磨损，并且目前的油田生产管理落后，依靠人工巡井，抽油机系统出现问题无法及时解决。针对上述问题，结合抽油机系统的实际工况与特点，论文研究了爬山算法在间歇抽油系统中的应用，通过智能算法对油井开、关井时间进行滚动优化，避免了空抽现象的产生。论文还结合软测量示功图实现了抽油机系统的故障诊断，同时建立了一套智能化油田远程管理系统，提高了油田的智能化水平。本文的主要工作、结论和成果有:
　　简介了目前油田生产过程中面临的空抽与故障诊断问题，指出了现有的油井抽油控制与故障诊断方法存在的缺点与不足，提出利用建设智能油田关键技术中的自动化技术解决空抽问题和故障诊断问题，综述了智能化抽油控制与故障诊断技术的研究现状与发展趋势;
　　介绍了低产油井的概念，研究了低产油井开关井的油液渗透规律，根据液面的变化规律分析了低产油井合理的开关井时间，建立其数学模型，研究了利用示功图进行抽油机系统的故障诊断，并介绍了软测量技术在采集抽油机驱动电机电参数与实现间接测量示功图中的应用;
　　研究利用交流采样算法，实现对抽油机系统驱动电机的全电参数测量，结合爬山法实现了油井工作时间的最优化处理，重点研究了利用自相关理论得到了抽油机的冲程周期，实现了利用间接测量示功图对抽油机系统进行故障诊断;
　　结合工程化和实用化思想，设计了智能化抽油节能控制与故障诊断系统样机，实现油井间抽控制和保护功能，同时建立了智能化油田远程管理控制系统，实现对抽油机、注水站、计量站的远程管控;
　　在实验室内采用精密测试电源对测控装置功能进行试验验证，分析设计不足之处，并进行改进。在油田现场对控制系统进行现场试验，验证系统的功能及可靠性，通过在中石化中原油田采油四厂三区的现场实验，实验结果表明，设计的智能化抽油节能控制与故障诊断系统能够解决低渗油井空抽问题，准确完成抽油机间抽控制及故障保护功能，有效降低油田的电能损耗，单井节能率可达28.4％，具有良好的工程应用价值，建立的智能化油田远程监控系统可有效的保障抽油设备的可靠运行，有效的提高油田的智能化水平。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究背景

1．2．1 智能油田的概念与重要性

1．2．2 建设智能油田的关键技术

1．2．3 智能化柔性抽油控制的提出

1．3 智能化抽油节能控制与故障诊断技术的研究现状及发展趋势

1．3．1 油井抽油控制系统的研究现状与发展趋势

1．3．2 油井故障诊断的研究现状与发展趋势

1．4 本课题研究意义及主要内容

2 智能化抽油节能控制与故障诊断技术的基础理论研究

2．1 抽油机低效间抽井产液变化规律

2．1．1 低渗低产油田的概念与分类

2．1．2 低渗低产油井的关井产液量变化

2．1．3 低渗低产油井的开井产液量变化

2．2 抽油机合理开关井时间的建立

2．2．1 间开时间确定方法

2．2．2 关井时间的确定

2．3 抽油机井示功图

2．3．1 抽油机示功图的概念与类型

2．3．2 根据示功图计算产液量的研究

2．3．3 应用示功图进行故障诊断的研究

2．4 软测量方法在油井抽油系统中的研究

2．4．1 软测量方法在油井间抽控制中的研究

2．4．2 软测量实现示功图进行故障诊断的研究

2．5 本章小结

3 智能化抽油节能控制与故障诊断系统的技术研究

3．1 抽油机驱动电机电参量检测方法的研究

3．1．1 抽油机驱动电机工作原理与能耗效率分析

3．1．2 抽油机驱动电机相关电参量算法的研究

3．2 基于爬山法的低效油井间抽算法的研究

3．2．1 爬山法的理论研究基础

3．2．2 基于爬山法的间抽井控制方法的研究

3．3 自相关理论在软测量实现示功图的应用

3．3．1 示功图软测量关键技术的研究

3．3．2 自相关技术的研究

3．3．3 基于自相关技术求解油井冲程周期的研究

3．4 智能油田远程监控系统的研究

3．5 本章小结

4 智能化抽油节能控制与故障诊断技术系统的实现研究

4．1 测控系统总体结构

4．2 系统核心智能测控单元设计

4．2．1 核心智能测控单元总体硬件结构

4．2．2 核心智能测控单元模块设计

4．2．3 系统核心智能控制单元软件设计

4．2．4 以太网转串口模块的设计

4．3 智能化远程监控管理系统的设计

4．3．1 远程监控系统总体拓扑架构的设计

4．3．2 各设备层的结构设计

4．3．3 主要传感器的选型与设计

4．3．4 系统后台上位机监控软件设计

4．4 本章小结

5 智能化抽油节能控制与故障诊断技术实验研究

5．1 实验室实验

5．2 油田现场智能电控装置试验

5．3 油田现场远程管控系统试验

5．3．1 中原油田四厂三区无线网络搭建测试

5．3．2 基站数据与视频信号的传输测试

5．4 实验调试出现的问题及改进

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

附录1

附录2

附录3

附录4

附录5

附录6