API游梁式抽油机智能化节能控制系统研究

【摘要】：有杆抽油系统是国内外油田最主要的人工举升方式,至今仍在机械采油方式中占绝对主导地位。由于游梁式抽油机具有结构简单、使用可靠、操作维护方便、整机可靠性高,在恶劣的自然条件下具有长期连续工作能力等优点,在油田开采过程中得到广泛应用。但目前国内大部分油田处于开发中后期,油井渗透力较低,抽油机“轻载”和“空抽”现象较严重,在开采过程中抽油机的冲程效率不能得到有效的利用,造成石油开采的电耗成本较高,能源浪费十分严重。因此,完善抽油机的设计理念,研制出一种新型的智能化节能控制系统的游梁式抽油机对于提高抽油机采油系统的工作效率和经济效益具有重要意义。 目前油田普遍采用人工间抽技术,即人工制定间抽启停时间启停抽油机,该技术不能合理的制定间抽制度,应用效果并不显著。针对油田间抽技术的现状,本文设计了一种游梁式抽油机智能化节能控制系统,以控制抽油机合理间抽为主要任务,最终实现节能的设计目标。该控制系统采用模糊神经网络控制技术,利用模糊神经网络模型建立电动机负载电流与产量的对应关系,通过产量对井下蓄液量进行判断。该系统以抽油机采油系统工作的实际数据作为模糊神经网络训练的样本数据,并结合理论知识和采油专家的丰富经验,制定出与实际相符的基本模糊控制规则,设计出符合抽油机系统特点的模糊神经网络模型,实现抽油机的智能控制,科学合理的制定间抽制度,从而有效地控制抽油机的启停工作状态,达到最佳的工作效果。 游梁式抽油机智能控制系统包含硬件设计和模糊神经网络设计两部分。硬件部分：设计以符合现场的功能和性能要求为原则,采用模块化的设计方法对各硬件电路进行设计；模糊神经网络部分：利用MATLAB软件以及simulink模块对模糊神经网络进行建模、编程以及虚拟仿真,利用样本数据对模糊神经网络进行训练与学习,利用评价数据对已训练的模糊神经网络进行性能测试,测试结果达到了预期效果,验证了该模糊神经网络的可行性。抽油机智能化节能控制系统的设计有效的避免“空抽”现象的发生,实现低产或老油田区域的智能化管理,减轻采油人员的工作量,减少油井事故,延长油井免修期,提高抽油机井产油效率,并达到节约能源稳定产量的目的。 【关键词】：游梁式抽油机 间抽 智能化控制 模糊神经 节能系统
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE933.1
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 插图索引10-12
• 表格索引12-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 选题背景及意义13-14
• 1.2 国内外抽油机节能技术的研究概况及发展趋势14-17
• 1.3 抽油机节能技术的发展方向17-18
• 1.4 本文主要研究内容与安排18-20
• 第2章 API游梁式抽油机智能化节能控制方案设计20-30
• 2.1 API游梁式抽油机抽油系统分析20-25
• 2.1.1 API游梁式抽油机20-23
• 2.1.1.1 API游梁式抽油机的基本参数21-23
• 2.1.1.2 API游梁式抽油机的平衡23
• 2.1.2 抽油泵的工作原理23-25
• 2.1.2.1 抽油泵的排量24-25
• 2.1.2.2 抽油泵的泵效25
• 2.1.3 抽油杆的作用分析25
• 2.2 API游梁式抽油机节能控制方案的设计思想25-28
• 2.2.1 本方案的设计思想26-27
• 2.2.2 API游梁式抽油机节能控制方案的确定27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第3章 算法分析与模糊神经网络的建立30-45
• 3.1 模糊控制系统30-31
• 3.1.1 模糊控制器的设计方法30
• 3.1.2 模糊控制器的基本结构30-31
• 3.2 神经网络控制31-33
• 3.3 模糊系统与神经网络的融合33-38
• 3.3.1 模糊系统与神经网络的结构等价型融合34-36
• 3.3.2 神经网络的实现36-38
• 3.4 用于抽油机产量智能预测的模糊神经网络系统38-43
• 3.4.1 系统描述38-40
• 3.4.2 系统建立40
• 3.4.3 模糊神经网络的学习算法40-41
• 3.4.4 模糊神经网络智能预测抽油机产量的步骤41-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第4章 基于Matlab软件的模糊神经系统仿真及分析45-60
• 4.1 仿真环境45
• 4.2 油田现场数据采集及分析处理45-46
• 4.3 模糊控制器的设计及仿真46-50
• 4.4 模糊神经网络控制器的设计50-55
• 4.5 模糊神经网络训练及分析55-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 API游梁式抽油机节能控制系统硬件设计60-70
• 5.1 智能化节能控制系统硬件设计要求60
• 5.2 智能化节能控制系统硬件电路设计60-67
• 5.2.1 处理器芯片选择61-62
• 5.2.2 数据采集模块设计62-64
• 5.2.3 电机启停模块64-65
• 5.2.4 液晶显示模块65-66
• 5.2.5 控制电路电源部分66-67
• 5.3 可靠性设计67-69
• 5.3.1 缺相保护部分67-68
• 5.3.2 看门狗电路设计68-69
• 5.3.3 过热保护电路69
• 5.4 本章小结69-70
• 总结与展望70-72
• 本文总结70
• 存在问题与展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文77-78
• 附录B 聚类法算法程序78-80

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