智能采油控制系统研究.doc

智能采油控制系统研究.doc

《智能采油控制系统研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能采油控制系统研究.doc（52页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

沈阳工业大学

硕士学位论文

智能采油控制系统研究

姓名：

白殿春

申请学位级别：

硕士

专业：

电力电子与电力传动

指导教师：

白山

20070306

沈阳f业大学硕十学位论文

摘要

有杆抽油泵采油是国内外油田应用广泛的采油方式。

由地面抽油机、抽油杆和井下抽油泵组成的有杆抽油系统是石油生产的耗电大户。

油井在丌采中后期（又称为术期油井）由于产量减少、液面低、液面不稳定，在开采过程中抽油机的冲程效率不能得到有效的利用，造成丌采的电费成本居高不下，能源浪费十分严重。

出于抽油机过剩的抽油能力，随着油田原油的不断开采使得油井空抽现象也越来越严重。

因此，很有必要丌发研究一种新型的智能型节能抽油装置，改变抽油泵长期处于低效做功的状态，使其工作方式与油井实际负荷匹配，保证每次都抽油，不做无用功，减少低效甚至无效抽取，从而达到降低电费开支，减少维护成本，提高运行效率，降低了机器损耗，增加抽油机的使用寿命的目的。

油井产量的大小、井下液面的高低是决定智能采油的的提条件，由于井下液面的勘探具有一定的困难，目前没有合适的直接测量手段来测量井下液面的高低，而计量油井的产量可以『自J接的反映出井下液面的高低。

称重式单井计量器采用称重的方式对流经计量罐的原油进行称重，实现油井产液量的在线测量。

功率变送器可以检测抽油机的能量的消耗。

本文提出了采用模糊控制的方法，控制抽油机的冲程次数到一个合理的范围内。

由于目前许多井上已经配备了变频器，本文采用通过控制变频器的方法来调节抽油机的冲程次数。

课题研究的系统由单片机C8051F015和各种接口组成。

在变送器的选型和接口设计，模糊控制器设计，人机对话界面设计上作了很多工作。

关键词：

有杆抽油，单片机C8051F015，模糊控制，节电

StudyonControlSystemofIntelligenceOilExtraction

Abstract

Nowadaystheoilpumpswithsucker-rodarestillthemainfacilitiesforoilrecoveringinourcounty．Oilpumpswithsucker-rod，beampumpingunit，oil—welpumpconsumealotofenergy．Attheendofoil—pumping（namedterminaloilwell）thestroke’Sefficiencyisverylowforthedecreaseofproduction．thelowfluidlevelandtheinstabilityfluidlevel．Itleadstotheincreaseofelectricitycostandwastealotofenergy．Owingtooilpumpsexcessenergy，thenullpumpbecomesmoreandmoreserious．So，itisnecessarythatwecoulddevelopanewintelligenceenergysavingdevicetochangethestroke’Sstateinlongtermlowefficiency．Itshouldletthestrokematchtheloadtoassurancepumpedoilduringeverypumping，reducenullpumpingandnullwork．Itwillreducethecostofelectricityandthelossofmachine，

decreasethecostofmaintenanceandincreasethelifeofoilpumps．

Thepremiseofintelligencepumpingisthevolumeofpumps’productionandtheliquidlevelofoilwell．Itisdifficultytomeasuretheliquidlevelofoilwell．Recenetly，therearenotanywaystomeasureoilliquidlevel．Butmeteringpumps’productionCantelltheliquidlevelofoilwell．Themeasurementdeviceofweighoilcanmeasureoilproductionwiththewayofweighoil．Itcanmeasureon—line．ThepowertransducerCanmeasuretheconsumptionofelectricityenery．Thepaperusethewayoffuzzycontroltolettheoilpumps’numberofstroke

inaproperrange．Duetothemassapplicationoftheconverter，thepaperusethemethordof

controltheconvertertosettheoilpumps’numberofstroke．

Thesystemofthispaperresearchmakeupofvariousinterfaceandthesingle—chipmicrocomputerC8051F015．Ittakealottimeinthelectotypetransducer，designfuzzycontrollerandman．machineinteraction

KeyWords：

Oilpumpwithsucker-rod，Single-chipmicrocomputerC8051F015tFuzzy

control，Power-saving.

独创性说明

本人郑重声明：

所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工

作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方

外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得

沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。

与我一同

工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表

示了谢意。

签名：

日期：

关于论文使用授权的说明

本人完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：

学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公

布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论

文。

（保密的论文在解密后应遵循此规定）

沈阳工业大学硕十学位论文

1绪论

1．1背景和意义

在过去的几十年罩，我国石油行业迅速发展，使我国迅速甩掉了石油落后帽子，创造了可观的国民经济产值。

但从国内石油生产状况来看，由于受资源条件限制，我国石油丌采成本较高。

随着石油系统的重组改制和我国加入WTO，石油企业面l临非常激烈的市场竞争。

由于我国高速的经济发展需要大量的原油，因此许多低产油井仍在继续采油。

如何使这类抽油机在基本不影响产量的情况下大幅度节能，是一个急待解决的课题。

当前油田的生产目标是降低生产成本，提高原油产量。

在各种人工举升采油方法中，目前应用最多的是往复驱动柱塞式抽油机，在这类抽油机中，游梁式抽油机又占了主导地位。

近年来为了满足大泵、深抽、长冲程及节能的需求，国内各抽油机生产厂家开发了各种新型抽油机，如异相型、Iii『置型、气平衡型、旋转驴头型、链条型、双驴头型、异型游梁型、偏轮型、二次平衡型等几十种新型抽油机。

为了减小抽油机上下冲程负荷的波动，游梁式抽油机一般都配有平衡块。

抽油机电机的负荷是一周期性脉动负荷，并迭加有瞬间的冲击。

抽油机电机的负荷曲线上有两个峰值，分别为抽油机上下冲程的“死点”。

抽油机自由停车后再启动时，总是从死点处启动，因此抽油机电机要求启动转矩大。

为了保证足够大的启动转矩，抽油机电机选择应留有一定的余量。

另外，泵挂深度、动液面、含水粘稠度和井口回压等也对载荷有较大的影响，使得电动机余量进一步增大Ⅲ。

运行时平均负荷率很低，一般在20％左右，负荷率高的也不过才30％。

低负荷运行造成功率因数低，效率低，电能浪费大，造成“大马拉小车”的状况。

尤其是随着我国油用石油的开采，大部分油井都到了中后期，地层压力下降，造成有些油井必然产液能力不足，这类油井采用抽油机采油时，由于产抽不平衡，油井动液面会逐渐降低，当液面低于管式泵体时，抽油泵将长期处于低效工作，必然会发生空抽现象，即每次只能抽取很少甚至完全抽不到油。

空抽首先会造成电能的大量浪费；其次由于抽油设备长期连续运行，机械损耗大、加速设备老化，随之也增加了维护费用和停机维修时间；更严重的情况下会由于液击而导致抽油杆的断裂口。

因此这类油井应当及时降低抽油机的工作频率甚至停止抽油机运行，避免白白浪费电力。

同时，减小设备的无效磨损，延长使用寿命。

长期以来，石油行业的专家、技术人员一直致力于在不降低产量的前提下如何避免抽油机出现空抽，从而减少无效电耗和机械损耗。

控制抽油机在空抽状态下停止运行是最常用的方法。

此时，如何判定抽油机处于空抽状态成为问题的关键。

对此，专家们进行了大量的研究，并取得了不少成果，在实际运行中也出现了采取人工操作、辅助测量、定时控制等多种控制方法和相应设备。

但是由于处理技术复杂，需要昂贵的仪器设备，因此很长一段时间内都没有理想、实用的解决方案。

随着超大舰模集成电路、微处理机的出现，计算机测控技术的发展，使人们能够用较低廉的成本生产出高效能的节能控制设备【21。

近几年束国内外纷纷把这一研究的重点集中到以微处理机为核心的智能化抽油机节能控制装置上。

课题的出发点就足优化广泛使用的游梁式抽油机控制系统，使之能够根据油层变化随时任意方便地调节抽油控制参数，节省电能，降低丌采成本的同时不影响原油产量。

12抽油机工作效率的测量

机械采油井的深井泵是活塞式抽油泵，抽吸对象是油、气、水三相流体，工作在井下数百甚至数千米。

反映深井泵是否工作正常的重要标志是“泵效”，即实际排量与理论排量的比值。

深井泵之所以能够J下常排液是因为有液体进入泵筒内，即只要泵吸入口始终在液体中，就会有泵效。

泵吸入口以上的环空液柱高度称为沉没度。

沉没度实际上是输送液体进入泵筒内的能量，它的大小可以改变深井泵的工作状况。

当沉没度高，泵吸入口则压力大，有利于泵效的提高。

如果深井泵的沉没度等于或大于泵吸入口深度即液面在井口，将会导致“连喷带抽”的生产念势，泵效奇高。

可见深井泵的泵效高低与沉没度大小有着密切关系【3】。

因此，泵效和沉没度的关系成为人们衡量深井泵工作是否正常的标志。

如果沉没度很高而泵效很低或为零，说明井下有故障，需要上措施。

12抽油机工作效率的测量

机械采油井的深井泵是活塞式抽油泵，抽吸对象是油、气、水三相流体，工作在井下数百甚至数千米。

反映深井泵是否工作正常的重要标志是“泵效”，即实际排量与理论排量的比值。

深井泵之所以能够J下常排液是因为有液体进入泵筒内，即只要泵吸入口